Els sensors químics tenen avui dia un renovat interès degut a les creixents necessitats actuals de la societat de disposar de més i millor informació analítica. No obstant, la manca de sensors ideals específics per a una espècie determinada va portar al nostre grup d'investigació a explorar les possibilitats de les llengües electròniques. Aquests sistemes analítics, bioinspirats en el sentit del gust, consideren un conjunt o matriu de sensors i/o biosensors amb selectivitat creuada, i no un únic sensor. La rica i abundant informació obtinguda és posteriorment tractada amb eines de calibratge multivariable per a extreure la informació analítica útil.La present tesi doctoral va començar enfocada en el desenvolupament, per primera vegada al grup, de llengües electròniques potenciomètriques basades en matrius de biosensors. Concretament, es va construir una llengua electrònica per a la determinació simultània d'urea, NH4+, K+ i Na+ en mostres clíniques. Es van fabricar i caracteritzar primer diferents biosensors d'urea basats en l'enzim ureasa i, un cop demostrada la seva idoneïtat per a ser implementats en una matriu, es van construir dos models de resposta diferents basats en xarxes neuronals artificials (XNA) i regressió per mínims quadrats parcials, respectivament. Els resultats obtinguts van mostrar una millor capacitat de predicció en el cas del model amb XNA, aconseguint determinar la urea sense necessitat d'eliminar les interferències alcalines.Amb l'experiència adquirida amb aquest primer sistema, es van iniciar i continuar altres aplicacions de les llengües electròniques potenciomètriques. Primerament, es va considerar la fabricació de matrius integrades de sensors potenciomètrics mitjançant la tècnica serigràfica (screen-printing), que permet la miniaturització i la producció massiva, en col·laboració amb el Centro de Investigación y Estudios Avanzados de Mèxic. Aquesta matriu serigrafiada va servir per a desenvolupar una llengua electrònica per a la quantificació simultània dels ions NH4+, K+ i Na+ en mostres mediambientals. També es va proposar l'ús per primera vegada d'una llengua electrònica per al monitoratge on-line de la composició de la solució nutritiva d'un hivernacle hidropònic, gràcies a una col·laboració amb investigadors de l'Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentària de la Generalitat de Catalunya. La idea era optimitzar una llengua electrònica per a la determinació simultània i en temps real dels ions fertilitzants NH4+, K+, NO3- i PO43-, i els ions salins Na+ i Cl-. Els resultats obtinguts van ser prou interessants com per seguir treballant en el tema. A més, es va explorar l'aplicabilitat de dues diferents llengües electròniques en el monitoratge mediambiental in-line amb transmissió de dades per radiofreqüència. La primera d'elles per a la determinació simultània i en temps real dels ions NH4+, K+, Na+, Cl- i NO3- en un reactor continu de tanc agitat que simulava les condicions de biodegradació naturals, i la segona, per a la determinació simultània i en temps real dels cations NH4+, K+ i Na+ en la presa mexicana d'Ignacio Ramírez. Els bons resultats obtinguts van permetre demostrar l'aplicabilitat de les llengües electròniques desenvolupades com a sistemes de mesura remota en aplicacions mediambientals. En totes aquestes aplicacions en camp, es va posar especial èmfasi en corregir l'efecte de la temperatura i les derives de la resposta dels elèctrodes.Finalment, i per tal de tornar a la línia de recerca inicial, es va desenvolupar amb èxit una nova llengua electrònica amb biosensors per a la quantificació d'urea, creatinina, NH4+, K+ i Na+ en mostres clíniques. En aquest cas els biosensors de creatinina desenvolupats estaven basats en l'enzim creatinina deiminasa i el model de resposta, que estava basat en XNA, va permetre la determinació simultània de les cinc espècies, deixant el sistema a punt per a passar a estudis en hospitals. / Chemical sensors have nowadays a renewed interest due to the increasing current needs of the society for having more and better analytical information. However, the lack of specific ideal sensors for a determinate species brought to our research group to explore the possibilities of the electronic tongues. These analytical systems, bio inspired in the sense of taste, consider a set or array of sensors and/or biosensors with cross selectivity, and not only one sensor. The rich obtained information is later treated with tools of multivariable calibration to extract the useful analytical information.The present doctoral thesis started focusing on the development of potentiometric electronic tongues based on arrays of biosensors for the first time in our group. Precisely, an electronic tongue was constructed for the simultaneous determination of urea, NH4+, K+ and Na+ in clinical samples. Firstly, different urea biosensors based on the enzyme urease were manufactured and characterized. Once demonstrated their suitability to be implemented in an array, two different models of response based on artificial neural networks (ANN) and partial least squares were constructed. The results showed a better capacity of prediction in the case of the model with ANN, which allowed the determination of urea concentration without the need of eliminating the alkaline interferences.With the experience acquired with this first system, other applications of the potentiometric electronic tongues were studied. Firstly, the construction of integrated arrays of potentiometric sensors by using the screen-printing technique was considered in collaboration with the Centro de Investigación y Estudios Avanzados of Mexico. This technique allows the miniaturization and the massive production of arrays. This array served to develop an electronic tongue for the simultaneous quantification of NH4+, K+ i Na+ ions in environmental samples. Also, the use of an electronic tongue was proposed for the first time in the monitoring of the nutrient solution composition produced by a hydroponic greenhouse, thanks to collaboration with researchers of the Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentària of the Generalitat de Catalunya. The idea was to optimize an electronic tongue for the simultaneous real-time determination of the fertilizer ions NH4+, K+, NO3- and PO43-, and the saline ions Na+ and Cl-. The obtained results were so interesting to continue working on the subject. Moreover, the applicability of two different electronic tongues was explored in environmental in-line monitoring with data transmission for radio frequency. The first of them was used for the simultaneous real-time determination of NH4+, K+, Na+, Cl- and NO3- ions in a continuous stirred-tank reactor that simulated the natural biodegradation conditions; and the second one, for the simultaneous real-time determination of the cations NH4+, K+ and Na+ in the Ignacio Ramírez Mexican dam. The good results obtained allowed to demonstrate the applicability of the developed electronic tongues as systems for remote measurement in environmental applications. In all these applications carried out of the laboratory, special attention was paid in compensating for temperature effects and response drifts.Finally, and in order to come back to the initial-research line, a new electronic tongue was successfully developed using biosensors for the quantification of urea, creatinine, NH4+, K+ and Na+ in clinical samples. In this case creatinine biosensors were based on the enzyme creatinine deiminase and the model of response based on XNA allowed the simultaneous determination of the five species, leaving the system ready to be used in hospital studies.

Network monitoring has become a necessity to aid in the management and operation of large networks. Passive network monitoring consists of extracting metrics (or any information of interest) by analyzing the traffic that traverses one or more network links. Extracting information from a high-speed network link is challenging, given the great data volumes and short packet inter-arrival times. These difficulties can be alleviated by using extremely efficient algorithms or by sampling the incoming traffic. This work improves the state of the art in both these approaches. For one-way packet delay measurement, we propose a series of improvements over a recently appeared technique called Lossy Difference Aggregator. A main limitation of this technique is that it does not provide per-flow measurements. We propose a data structure called Lossy Difference Sketch that is capable of providing such per-flow delay measurements, and, unlike recent related works, does not rely on any model of packet delays. In the problem of collecting measurements under the sliding window model, we focus on the estimation of the number of active flows and in traffic filtering. Using a common approach, we propose one algorithm for each problem that obtains great accuracy with significant resource savings. In the traffic sampling area, the selection of the sampling rate is a crucial aspect. The most sensible approach involves dynamically adjusting sampling rates according to network traffic conditions, which is known as adaptive sampling. We propose an algorithm called Cuckoo Sampling that can operate with a fixed memory budget and perform adaptive flow-wise packet sampling. It is based on a very simple data structure and is computationally extremely lightweight. The techniques presented in this work are thoroughly evaluated through a combination of theoretical and experimental analysis.

Aquesta tesi estudia com estimar la distribució de les variables regionalitzades l'espai mostral i l'escala de les quals admeten una estructura d'espai Euclidià. Apliquem el principi del treball en coordenades: triem una base ortonormal, fem estadística sobre les coordenades de les dades, i apliquem els output a la base per tal de recuperar un resultat en el mateix espai original. Aplicant-ho a les variables regionalitzades, obtenim una aproximació única consistent, que generalitza les conegudes propietats de les tècniques de kriging a diversos espais mostrals: dades reals, positives o composicionals (vectors de components positives amb suma constant) són tractades com casos particulars. D'aquesta manera, es generalitza la geostadística lineal, i s'ofereix solucions a coneguts problemes de la no-lineal, tot adaptant la mesura i els criteris de representativitat (i.e., mitjanes) a les dades tractades. L'estimador per a dades positives coincideix amb una mitjana geomètrica ponderada, equivalent a l'estimació de la mediana, sense cap dels problemes del clàssic kriging lognormal. El cas composicional ofereix solucions equivalents, però a més permet estimar vectors de probabilitat multinomial. Amb una aproximació bayesiana preliminar, el kriging de composicions esdevé també una alternativa consistent al kriging indicador. Aquesta tècnica s'empra per estimar funcions de probabilitat de variables qualsevol, malgrat que sovint ofereix estimacions negatives, cosa que s'evita amb l'alternativa proposada. La utilitat d'aquest conjunt de tècniques es comprova estudiant la contaminació per amoníac a una estació de control automàtic de la qualitat de l'aigua de la conca de la Tordera, i es conclou que només fent servir les tècniques proposades hom pot detectar en quins instants l'amoni es transforma en amoníac en una concentració superior a la legalment permesa. / This Thesis presents an estimation procedure for the distribution of regionalized variables with sample space and scale admitting an Euclidean structure. We apply the principle of working on coordinates: choose an orthonormal basis; do statistics on the coordinates of your observations on that basis; and, by applying the output to the basis, you will recover a result within the original space. Applying this procedure to regionalized variables, we obtain a unified, consistent method, with the same properties of classical linear kriging techniques, but valid for several sample spaces: real data, positive data and compositions (vectors of positive components summing up to a constant) are regarded as particular cases. In this way we generalize the linear kriging techniques, and offer a solution to several well-known problems of the non-linear ones, by adapting the measure of the space and the averaging criterion (the way means are computed) to the data. The obtained estimator for positive variables is a weighted geometric mean, equivalent to estimate the median, which has none of the drawback of classical lognormal kriging. For compositional data, equivalent results are obtained, but which also serve to treat multinomial probability vectors. By combining this with a preliminary Bayesian estimation, our kriging for compositions become also a valid alternative to indicator kriging, without its order-relation problems (i.e. the rather-usual negative estimates of some probabilities). These techniques are validated by studying the ammonia pollution hazard in an automatic water quality control station placed in a small Mediterranean river. Only the proposed techniques allow us to assess when the secondary pollution by ammonia exceeds the existing legal threshold.