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Los efectos de escala espacial son un tema de relevancia en Hidrología dada la necesidad de vincular las disparidades de escala entre los procesos, las observaciones y las modelaciones. La existencia de procesos dominantes a diferentes escalas, el funcionamiento no lineal de los sistemas hidrológicos y la fuerte variabilidad espacio-temporal son los principales factores que controlan los problemas de escala y condicionan los métodos de escalado. La generación de conocimiento relacionado con este tema es importante para mejorar la comprensión y representación de los procesos hidrológicos. En la primera parte de esta tesis se estudia el problema de la agregación espacial de parámetros hidrológicos, la importancia de la organización espacial para la formulación de una separación de escalas espaciales utilizando el concepto de área elemental representativa (REA) y su relación con la definición de un tamaño de celda óptimo para la modelación hidrológica distribuida. Para dicho análisis se ha utilizado la conceptualización del proceso de infiltración del modelo hidrológico distribuido (TETIS) y se han desarrollado experimentos sintéticos utilizando campos de parámetros correlacionados espacialmente. Los resultados de los experimentos numéricos mostraron que al escalar los parámetros efectivos de la microescala a la mesoescala, sus valores dependen en las variables de entrada, variables de estado y la heterogeneidad de los parámetros en la microescala. Las simulaciones han demostrado que la varianza de los parámetros efectivos estimados en la mesoescala disminuye cuando aumenta el ratio entre el tamaño de celda en la mesoescala y la longitud de correlación. Esta propiedad es fundamental para identificar un tamaño de celda con las características de REA y que minimice la propagación de la incertidumbre de los parámetros. / Barrios Peña, MI. (2011). ESTUDIO DEL EFECTO DE ESCALA ESPACIAL EN UN MODELO HIDROLÓGICO DISTRIBUIDO [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14180 / Palancia

[EN] The development of embedded systems in industrial sectors such as railway, aerospace and automotive are based on Critical Real-Time Embedded Systems (CRTES). These systems face new challenges and demand related to increase of dependability, intelligence, connectivity, cost-size-volume reduction and energy efficiency. In this last topic is where this thesis expects to have a higher contribution. The global energy consumption can be combined with others criteria such as schedulability, communication delays and control application correctness, which contribute to determine the dynamic code movement and on-line load balancing in a system. The main goal of this thesis is the development of mechanisms for the management and optimization of energy consumption. These mechanisms are presented in the context of a distributed real-time control system and from the perspective of control kernel middleware. Let's consider a dynamic environment where an embedded and networked system operates with the support of task migration and processor frequency scaling. Assuming that the system knows where and when it must allocate tasks, we must perform feasibility analyses when each task arrives and departs on the affected embedded units. This guarantees that the temporal requirements of the system will be accomplished during the task allocation phase or delegation of tasks. Additionally, a new processor speed (frequency scaling) should be also computed to enable the system to adapt itself to the new computational workload and reduce energy consumption. And in this last is where the proposed algorithms in this work have their higher relevance. Although some authors have carried out these two phases (feasibility analysis and frequency scaling computation) separately, these analyses are strongly related and in some cases can be performed together. In this thesis, we present novel algorithm that perform feasibility analyses and compute new processor static frequencies based on dynamic voltage and frequency scaling techniques (DVFS). The frequency obtained as result of applying the algorithm proposed is the minimum processor frequency that minimizes CPU energy consumption while guaranteeing the fulfilment of real-time system constraints. The algorithm uses fixed priority scheduling schemes with deadlines less than, or equal to, the period of the tasks. Other propose of this algorithm is the use on-line during the task allocation and processor speed assignment phases. In this work, the computation of the minimum static processor frequency is accompanied with the proposed the additional approaches for the dynamic optimization of the energy consumption. Dynamic algorithms are based on the reclamation of additional slack resulting from the early completions of tasks. These are then used to further reduce the processor frequency and save more energy. These algorithms are applied at run-time. The computation of these additional dynamic processor frequencies uses as reference the previous calculation of the minimum static processor frequency. Through extensive simulations, we evaluate the performance of this algorithm against other existing feasibility tests that have been adapted to compute the minimum processor frequency. This minimum frequency is computed in terms of energy consumption, acceptability ratio, and real computing costs. In addition, predictability in the execution and behaviour of the algorithms in relation to the continuing arrival of tasks is analysed. / [ES] El desarrollo de sistemas de cómputo en sectores industriales tales como el ferroviario, aeroespacial y automóvil está basado en Sistemas Empotrados Críticos de Tiempo Real (CRTES). Estos sistemas se enfrentan a nuevas demandas y exigencias relacionadas con el incremento de la fiabilidad, mayor inteligencia, conectividad, reducción del volumen, mejoras del rendimiento y eficiencia en el consumo energético. Y es en ese último aspecto donde esta tesis doctoral espera hacer su principal aportación. El criterio de consumo energético, combinado con otros criterios tales como planificabilidad, retardos de comunicación y estabilidad en aplicaciones de control, contribuyen a la determinación del movimiento de código y al balance de cargas en sistemas distribuidos. El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de mecanismos de gestión y optimización del consumo energético. Estos mecanismos se presentan como posibles funcionalidades en el marco del diseño de middlewares basados en el concepto de núcleo de control. El desarrollo de esta tesis considera un entorno dinámico donde sistemas CRTES, basados en soportes middleware y conectados a una red de comunicaciones, permiten llevar a cabo migraciones de tareas y modificaciones de la frecuencia del procesador en tiempo de ejecución. Suponiendo que el sistema distribuido conoce dónde y cuándo asignar las tareas entre las unidades de cómputo, es necesario realizar un análisis de factibilidad de la planificación en cada llegada y partida de tareas sobre los sistemas empotrados afectados. De esta forma, se garantiza que los requisitos temporales del sistema serán cumplidos durante la fase de re-asignación o distribución de tareas. Esto también implica que una nueva velocidad de procesador (escalamiento de frecuencia) deberá ser calculada para permitir una optimización energética y la adaptación del sistema a las nuevas condiciones de carga computacional. Y es en este punto en el que los algoritmos propuestos en esta tesis tiene su importancia. Aunque algunos autores han llevado a cabo estas dos fases (análisis de planificabilidad y cálculo del escalado de frecuencia) separadamente, estos análisis están fuertemente relacionados y en algunos casos pueden ser ejecutados de forma conjunta. En este trabajo de tesis se propone un algoritmo nuevo para el análisis de factibilidad de planificación y el cálculo de frecuencias estáticas de procesador basado en técnicas de escalamiento de frecuencia y voltaje dinámico (también conocido como DVFS). La frecuencia obtenida por este algoritmo es la frecuencia mínima que garantiza que si se usa de forma invariable en el procesador, se ahorrará la mayor energía posible y además se cumplirán todos los plazos de ejecución de las tareas del sistema. Este algoritmo utiliza un esquema de planificación por prioridades fijas con plazos de ejecución menor y/o igual que el periodo de las tareas. Uno de los propósitos de este algoritmo es su uso durante la ejecución del sistema, que permita gestionar adaptaciones de carga computacional y energética del procesador. El algoritmo para el cálculo de frecuencias estáticas de procesador, es complementado en esta tesis con la propuesta de métodos nuevos de optimización dinámica, que ajustan el consumo energético basado en las condiciones de carga de computo reales en cada instante. Estos métodos propuestos se utilizan en tiempo de ejecución de las tareas del sistema y se basan en la asignación de frecuencias dinámicas al procesador. Estas nuevas frecuencias utilizan como referencia el cálculo previo de la frecuencia estática. Los cambios de frecuencia dinámicos se suceden como respuesta a instantes ociosos de procesador debidos principalmente a terminaciones anticipadas de tareas. Para la evaluación de esta tesis se proponen un conjunto de simulaciones y experimentos que permiten comparar y valorar las contribuciones de esta tesis con respecto a otros al / [CAT] El desenvolupament de sistemes de còmput en sectors industrials com són el ferroviari, aeroespacial i automòbil està basat en Sistemes Embeguts Crítics de Temps Real (també coneguts per les sigles en anglès CRTES). Aquests sistemes s'enfronten a noves demandes i exigències relacionades amb l'increment de la fiabilitat, major intel·ligència, connectivitat, reducció del volum, millores de rendiment i eficiència en el consum energètic. És en aquest últim aspecte on aquesta tesi doctoral espera fer la seva principal aportació. El criteri de consum energètic, combinat amb altres criteris com ara planificabilitat, retards de comunicació i estabilitat en aplicacions de control, contribueixen a la determinació del moviment de codi i al balanç de càrregues en sistemes distribuïts. L'objectiu principal d'aquesta tesi és el desenvolupament de mecanismes de gestió i optimització del consum energètic. Aquests mecanismes es presenten com a possibles funcionalitats en el marc del disseny de middlewares basats en el concepte de nucli de control. El desenvolupament d'aquesta tesi considera un entorn dinàmic on sistemes CRTES basats en suport middleware i connectats a una xarxa de comunicacions, permeten dur a terme migracions de tasques i modificacions de la freqüència del processador en temps d'execució. Suposant que el sistema distribuït coneix on i quan assignar les tasques entre les unitats de còmput, cal fer un anàlisi de factibilitat de la planificació en cada arribada i sortida de tasques sobre els sistemes embeguts afectats. D'aquesta manera, es pot garantir que els requisits temporals del sistema seran complerts durant la fase de re-assignació o distribució de tasques. Això també implica que una velocitat de processador nova (escalament de freqüència) ha de ser calculada per permetre una optimització energètica i l'adaptació del sistema a les noves condicions de càrrega computacional. I és en aquest punt en el que els algoritmes proposats en aquesta tesi tenen la seva importància. Encara que alguns autors han dut a terme aquestes dues fases (l'anàlisi de planificabilitat i el càlcul de l'escalat de freqüència) separadament, aquestes anàlisis estan fortament relacionats i en alguns casos poden ser executats de forma conjunta. En aquest treball de tesi es proposa un algoritme nou per a l'anàlisi de factibilitat de planificació i el càlcul de freqüències estàtiques de processador basat en tècniques d'escalament de freqüència i voltatge dinàmic (també conegut com DVFS). La freqüència obtinguda per aquest algoritme és la freqüència mínima que garanteix que si es fa servir de forma invariable en el processador, s'estalviarà la major energia possible i a més a més es compliran tots els terminis d'execució de les tasques del sistema. Aquest algoritme utilitza un esquema de planificació per prioritats fixes amb terminis d'execució menors i/o iguals que el període de les tasques. Un dels propòsits d'aquest algoritme és el seu ús durant l'execució del sistema, que ha de permetre gestionar adaptacions de càrrega computacional i energètica del processador. L'algoritme de càlcul de freqüències estàtiques de processador, és complementat en aquesta tesi amb la proposta de mètodes nous d'optimització dinàmica, que ajusten el consum energètic basat en les condicions de càrregues de còmputs reals en cada instant. Aquests mètodes proposats s'utilitzen en temps d'execució de les tasques del sistema i es basen en l'assignació de freqüències dinàmiques al processador. Aquestes noves freqüències utilitzen com a referència el càlcul previ de la freqüència estàtica. Els canvis de freqüència dinàmics se succeeixen com a resposta a instants ociosos de processador deguts principalment a terminacions anticipades de tasques. Per a l'avaluació d'aquesta tesi es proposen un conjunt de simulacions i experiments que permeten comparar i valorar les contribucions / Coronel Parada, JO. (2016). Gestión de la carga dinámica de tareas de tiempo real con criterios de ahorro energético y su aplicación en el desarrollo de un middleware de control [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62691 / TESIS

El desarrollo de las tecnologías de la información y nuevos canales comunicación están modificando las preferencias y actitudes de los compradores hacia los bienes de consumo que adquieren. Por un lado, gracias a la venta on-line, una localización geográfica distinta a la de la tienda física deja de ser un impedimento, y por otro, se demandan en mayor medida bienes dotados de características avanzadas que se adapten a sus necesidades. A su vez, la aparición de nuevas tecnologías de fabricación, como la fabricación aditiva o impresión 3D, hacen posible dar respuesta a esta demanda, ya que permiten el desarrollo de productos avanzados técnicamente, que además pueden ser personalizados, o al menos adaptarse en gran medida a las características propias de diferentes grupos de individuos, lo cual se conoce como personalización masiva. Sin embargo el calzado tiene la limitación, por una parte, de que la única forma de evaluar su confort y talla adecuada es mediante prueba presencial. Esto es debido a que los métodos de escalado de hormas que utilizan los fabricantes son de naturaleza heterogénea y están faltos de armonización, de forma que la talla adecuada para un usuario puede variar en función del fabricante y/o tipo de modelo en relación a unas mismas dimensiones del pie. Por otra parte, no existen metodologías específicas de diseño para impresión 3D orientadas a los diferentes elementos que integran el zapato. A través de esta investigación se ha buscado dar respuesta a estas dos consideraciones mediante el desarrollo de metodologías CAD que permitan, en primer lugar, la obtención de tallas correctas de calzado no sólo en el ámbito local de la fábrica de zapatos, sino también en términos de mercado globalizado. En segundo lugar, el diseño y obtención de elementos del calzado (en este caso plantillas anatómicas y elementos correctores de la pisada) dotados de propiedades funcionales avanzadas a través de fabricación aditiva. Gracias a estas nuevas técnicas de automatización del diseño y producción del calzado, la industria puede alinearse con los nuevos requerimientos de la industria 4.0 en relación a la automatización y digitalización de procesos; y de personalización del producto y aumento de la flexibilidad del flujo productivo. La investigación realizada ha tenido como resultado la publicación de dos artículos en revistas JCR de alto impacto.

[ES] Ante el desafío que implica la reducción de los efectos del cambio climático, la industria nuclear se ha postulado como una buena alternativa para sustituir la producción de energía eléctrica a partir de combustibles fósiles. No obstante, debe constatar la seguridad de las centrales, para lo que resulta indispensable poder predecir su comportamiento ante escenarios operacionales y accidentales. A tal efecto, y dada la imposibilidad de disponer de datos de planta para analizar estos transitorios, se generan bases de datos en instalaciones a escala reducida a partir de experimentos, siendo necesarios métodos y estrategias de escalado que permitan extrapolar los comportamientos termohidráulicos. Pese a la relevante contribución que suponen los experimentos al campo de la seguridad nuclear, en ocasiones se cuestiona la validez de sus resultados para reproducir el comportamiento de las centrales. Este hecho motiva la ejecución de test counterpart entre distintas instalaciones, que contribuyen a abordar la problemática del escalado, así como a demostrar la adecuación de los códigos termohidráulicos para predecir una respuesta realista de los sistemas. La presente tesis doctoral explora la posibilidad de aumentar el número de experimentos counterpart a partir de la definición de nuevos escenarios y su simulación con el código termohidráulico TRACE5. Con este fin, se han desarrollado modelos de las instalaciones ATLAS y LSTF, y se han estudiado y simulado experimentos counterpart ya existentes entre dichas instalaciones. La identificación de los fenómenos termohidráulicos más significativos, y el análisis de su escalado y distorsión, configuran la base de conocimientos para abordar el diseño de los nuevos test. En la tesis, en particular, se plantea un escenario tipo station blackout para LSTF partiendo de las condiciones iniciales y de contorno de un test previo en ATLAS. La simulación del experimento confirma la idoneidad de ATLAS y LSTF para realizar experimentos counterpart, en los que la fenomenología relevante es similar, y pone de manifiesto algunas limitaciones de estas instalaciones en cuanto a la extrapolabilidad de ciertos fenómenos, debido a las distorsiones originadas por la diferencia de escala y tecnología. / [CA] Davant del desafiament que implica la reducció dels efectes del canvi climàtic, la indústria nuclear s'ha postulat com una bona alternativa per a substituir la producció d'energia elèctrica a partir de combustibles fòssils. No obstant això, ha de constatar la seguretat de les centrals, per al que resulta indispensable poder predir el seu comportament davant d'escenaris operacionals i accidentals. A aquest efecte, i donada la impossibilitat de disposar de dades de planta per a analitzar aquests transitoris, es generen bases de dades en instal·lacions a escala reduïda a partir d'experiments, sent necessaris mètodes i estratègies d'escalat que permeten extrapolar els comportaments termohidràulics. Malgrat la rellevant contribució que suposen els experiments al camp de la seguretat nuclear, de vegades es qüestiona la validesa dels seus resultats per a reproduir el comportament de les centrals. Aquest fet motiva l'execució de test counterpart entre distintes instal·lacions, que contribuïxen a abordar la problemàtica de l'escalat, així com a demostrar l'adequació dels codis termohidràulics per a predir una resposta realista dels sistemes. La present tesi doctoral explora la possibilitat d'augmentar el nombre d'experiments counterpart a partir de la definició de nous escenaris i la seua simulació amb el codi termohidràulic TRACE5. Amb aquest fi, s'han desenvolupat models de les instal·lacions ATLAS i LSTF, i s'han estudiat i simulat experiments counterpart ja existents entre les dites instal·lacions. La identificació dels fenòmens termohidràulics més significatius, i l'anàlisi del seu escalat i distorsió, configuren la base de coneixements per a abordar el disseny dels nous test. En la tesi, en particular, es planteja un escenari tipus station blackout per a LSTF partint de les condicions inicials i de contorn d'un test previ en ATLAS. La simulació de l'experiment confirma la idoneïtat d'ATLAS i LSTF per a realitzar experiments counterpart, en els que la fenomenologia rellevant és semblant, i posa de manifest algunes limitacions d'aquestes instal·lacions quant a l'extrapolabilitat de certs fenòmens, a causa de les distorsions originades per la diferència d'escala i tecnologia. / [EN] Faced with the challenge of reducing the effects of climate change, the nuclear industry has been postulated as a good alternative to replace the production of electricity from fossil fuels. However, it must verify the safety of the plants, for which it is essential to be able to predict their behavior in operational and accidental scenarios. To this end, and given the impossibility of having plant data to analyze these transients, databases are generated in reduced-scale facilities from experiments, being necessary scaling methods and strategies that allow the extrapolation of thermohydraulic behaviors. Despite the relevant contribution that experiments make to the field of nuclear safety, the validity of their results to reproduce the behavior of plants is sometimes questioned. This fact motivates the execution of counterpart tests between different facilities, which contribute to addressing scaling issues, as well as to demonstrate the adequacy of the thermal-hydraulic codes to predict a realistic response of the systems. This Ph.D. Thesis explores the possibility of increasing the number of counterpart experiments based on the definition of new scenarios and their simulation with the TRACE5 thermal-hydraulic code. In order to achieve this goal, models of the ATLAS and LSTF facilities have been developed, and counterpart experiments already existing between these facilities have been studied and simulated. The identification of the most significant thermal-hydraulic phenomena and the analysis of their scaling and distortion, configure the knowledge basis to approach the design of the new tests. In the Thesis, in particular, a station blackout scenario for LSTF based on the initial and boundary conditions of a previous test in ATLAS is proposed. The simulation of the experiment confirms the suitability of ATLAS and LSTF to perform counterpart experiments, in which the relevant phenomenology is similar. Moreover, it reveals some limitations of these facilities in terms of the extrapolability of certain phenomena, due to the distortions caused by the difference in scale and technology. / Lorduy Alós, M. (2022). Análisis termohidráulico de la instalación ATLAS. Aplicaciones de la metodología de escalado [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181700 / TESIS

[ES] El objetivo de esta tesis es el desarrollo de algoritmos e implementaciones innovadoras de altas prestaciones (HPC) para la computación de funciones de matrices basadas en series de polinomios matriciales. En concreto, se desarrollarán algoritmos para el cálculo de las funciones matriciales más utilizadas: la exponencial, el seno y el coseno. El estudio de los polinomios ortogonales matriciales es un campo emergente cuyo avance está alcanzando importantes resultados tanto desde el punto de vista teórico como práctico. Las ¿últimas investigaciones realizadas por el doctorando, junto a los miembros del grupo de investigación al que está vinculado, High Performance Scientific Computing (HiPerSC), revelan por qué los polinomios matriciales desempeñan un papel fundamental en la aproximación de funciones de matrices, proporcionando propiedades muy interesantes. En esta tesis se han desarrollado nuevos algoritmos de alto rendimiento basados en series polinomiales matriciales. En particular, se han implementado algoritmos para el cálculo de la exponencial, el seno y el coseno de una matriz usando las series matriciales polinomiales de Taylor y de Hermite. Además, se han proporcionado cotas del error cometido en las aproximaciones calculadas, proporcionando además los parámetros teóricos y experimentales óptimos de dichas aproximaciones. Los algoritmos finales han sido comparados con otras implementaciones del estado del arte para probar la mejora que presentan en cuanto a eficiencia y prestaciones. Los resultados obtenidos a lo largo de la investigación y presentados en esta memoria han sido publicados en varias revistas de alto nivel y se han presentado como ponencias en diversas ediciones del congreso internacional Mathematical Modelling in Engineering & Human Behaviour para dotarlas de la mayor difusión posible. Por otra parte, los códigos informáticos implementados han sido puestos a disposición de la comunidad científica internacional a través de nuestra página web http://hipersc.blogs.upv.es. / [CAT] L'objectiu d'aquesta Tesi és el desenvolupament d'algoritmes i implementacions innovadores d'altes prestacions (HPC) per a la computació de funcions de matrius basades en sèries de polinomis matricials. En concret, es desenvoluparan algoritmes per al càlcul de les funcions matricials més emprades: l'exponencial, el sinus i el cosinus. L'estudi dels polinomis ortogonals matricials és un camp emergent, el creixement del qual està aconseguint importants resultats tant des del punt de vista teòric com pràctic. Les últimes investigacions realitzades pel doctorand junt amb els membres del grup d'investigació on està vinculat, High Performance Scientific Computing (HiPerSC), revelen per què els polinomis matricials exerceixen un paper fonamental en l'aproximació de funcions de matrius, proporcionant propietats molt interessants. En aquesta Tesi s'han desenvolupat nous algoritmes d'alt rendiment basats en sèries polinomials matricials. En particular, s'han implementat algoritmes per al càlcul de l'exponencial, el sinus i el cosinus d'una matriu usant les sèries matricials polinomials de Taylor i d'Hermite. A més, s'han proporcionat cotes de l'error comès en les aproximacions calculades, proporcionant a més els paràmetres teòrics i experimentals òptims d'aquestes aproximacions. Els algoritmes finals han estat comparats amb altres implementacions de l'estat de l'art per a provar la millora que presenten en termes d'eficiència i prestacions. Els resultats obtinguts al llarg de la investigació i presentats en aquesta memòria han estat publicats en diverses revistes d'alt nivell i s'han presentat com a ponències en diferents edicions del congrés internacional Mathematical Modelling in Engineering \& Human Behaviour per a dotar-les de la major difusió possible. D'altra banda, s'han posat els codis informàtics implementats a disposició de la Comunitat Científica Internacional mitjançant la nostra pàgina web http://hipersc.blogs.upv.es. / [EN] The aim of this thesis is the development of high performance computing (HPC) innovative algorithms and implementations for computing matrix functions based on matrix polynomials series. Specifically, algorithms for the calculation of the most commonly-used functions, the exponential, sine and cosine have been developed. The study of orthogonal matrix polynomials is an emerging field whose growth is achieving important results both theoretically and practically. The last investigations made by the doctoral student, together with the members of the research group, High Performance Scientific Computing (HiPerSC), he is linked, reveal why the matrix polynomials play a fundamental role in the approximation of matrix functions, providing very interesting properties.In this thesis new high-performance algorithms based on matrix polynomial series have been developed. In particular, algorithms for computing the exponential, sine and cosine of a matrix using Taylor and Hermite matrix polynomial series have been implemented.In addition, the error bounds for the approximations calculated have been provided and optimal theoretical and experimental parameters for such approximations have also been provided. Final algorithms have been compared to other state of the art implementations to test the improvement obtained in terms of efficiency and performance. The results obtained during the investigation and presented in this memory have been published in several high-level journals and presented as papers at various editions of the International Congress Mathematical Modelling in Engineering & Human Behaviour to give them the widest possible distribution. On the other hand, implemented computer codes have been made freely available to the international scientific community at our web page http://hipersc.blogs.upv.es. / Ruiz Martínez, PA. (2020). Nuevos métodos y algoritmos de altas prestaciones para el cálculo de funciones de matrices [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/137035 / TESIS