La societat modera presenta una creixent demanda d'energia, una quantitat significativa de la qual s'utilitza en il·luminació. El nitrur de Ga (GaN és un semiconductor de gap ample, base dels LEDs de llum blanca, que constitueixen una alternativa atractiva a les fonts de llum convencionals. Els LEDs presenten molts avantatges, tals com una llarga vida de funcionament, una mida compacta, resistència a la vibració, operació a baix voltatge, mínim cost de manteniment i un mínim impacte ambiental. L'estalvi gràcies a la substitució de les fonts de llum convencionals per LEDs seria de fins a un 20% en electricitat. Tot i que els LEDs d'alta eficiència ja estan disponibles comercialment, la seva eficiència encara requereix millores. El GaN, en la seva forma porosa, pot millorar l'extracció de la llum i l'eficiència quàntica interna d'aquests LEDs. El principal objectiu d'aquesta tesi es centra en la fabricació d'unions p-n de GaN totalment poroses per futures aplicacions en LEDs. Partícules i capes nanoporoses de GaN han estat sintetitzades per deposició química en fase vapor (CVD) a través de la reacció directa entre Ga i NH3, utitlizant diferents elements dopants tals com Mg i Si per generar els semiconductors requerits de tipus p i tipus n. L'avantatge de la nostra tècnica és que no es necessari fer cap tractament secundari després del creixement per generar la porositat. D'aquesta manera, s'han obtingut unions p-n poroses de GaN que mostres propietats prometedores per posibles aplicacions en LEDs basats en GaN d'alta brillantor i en sensors amb sensitivitat millorada. / La sociedad moderna presenta una creciente demanda de energía, una cantidad significativa de la cual se utiliza para iluminación. El nitruro de galio (GaN) es un semiconductor de gap ancho, base de los LEDs de luz blanca, que constituyen una alternativa atractiva a las fuentes convencionales de luz. Los LEDs presentan muchas ventajas tales como una larga vida de funcionamiento, un tamaño compacto, resistencia a la vibración, operación a bajo voltaje, mínimo coste de mantenimiento y un mínimo impacto ambiental. El ahorro gracias a la sustitución de las fuentes de luz convencionales por LEDs sería de hasta un 20% en electricidad. Los LEDs de alta eficiencia ya están disponibles comercialmente. Sin embargo, todavía requiere mejoras. El GaN, en su forma porosa, puede mejorar la extracción de la luz y la eficiencia cuántica interna de estos LEDs. El objetivo principal de esta tesis se centra en la fabricación de uniones p-n de GaN totalmente porosas para futuras aplicaciones en LEDs. Partículas y capas nanoporosas de GaN han sido sintetizadas por deposición química en fase vapor (CVD) a través de la reacción directa entre Ga y NH3, usando diferentes elementos dopantes tales como Mg y Si para generar los semiconductores requeridos de tipo p y tipo n. La ventaja de nuestra técnica es que no es necesario hacer ningún tratamiento secundario después del crecimiento para generar la porosidad. De esta manera, se obtuvieron uniones p-n porosas de GaN que muestran propiedades prometedoras para las posibles aplicaciones en LEDs basados en GaN de alto brillo y en sensores con sensitividad mejorada. / Modern society is experiencing a constantly increasing demand for energy. A significative amount of the energy consumed is used for lighting purposes. Gallium nitride (GaN) is a wide band gap semiconductor with important applications in white-light LEDs, which are an attractive alternative to conventional light sources with many benefits that include long operating life, compact size, vibration resistance, low-voltage operation, minimal maintenance cost and minimal environmental impact. The savings of replacing conventional light sources by LEDs would represent a reduction of around 20% in the total electricity consumed. High-efficiency and high power LEDs are now commercially available. However, the overall efficiency requires further improvement. GaN, in its porous form, is expected to enhance the light extraction and internal quantum efficiencies of these LEDs. The main objective of this thesis is focused on fabrication of fully porous p-n junctions for future LED applications. Nanoporous GaN particles and epitaxial layers were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) through the direct reaction between Ga and NH3, using different doping elements such as Mg and Si to generate the p- and n-type required semiconductors. The advantage of our technique is that it does not require any secondary treatment after growth to generate the pores. In this way, porous GaN p-n junctions were obtained showing promising properties for potential application in high brightness GaN-based light emitting diodes and sensor devices with improved sensitivity.

Medical imaging refers to several different technologies that are used to view the human body in order to diagnose, monitor, or treat medical conditions. Each type of technology gives different information about the area of the body being studied depending on the radiation used to illuminate de body. Nowadays there are still several lesions that cannot be detected with the current methods in a curable stage of the disease. Moreover they present some drawbacks that limit its use, such as health risk, high price, patient discomfort, etc. In the last decades, active microwave imaging systems are being considered for the internal inspection of light-opaque materials thanks to its capacity to penetrate and differentiate their constituents based on the contrast in dielectric properties with a sub-centimeter resolution. Moreover, they are safe, relatively low-cost and portable. Driven by the promising precedents of microwaves in other fields, an active electromagnetic research branch was focused to medical microwave imaging. The potential in breast cancer detection, or even in the more challenging brain stroke detection application, were recently identified. Both applications will be treated in this Thesis. Intensive research in tomographic methods is now devoted to develop quantitative iterative algorithms based on optimizing schemes. These algorithms face a number of problems when dealing with experimental data due to noise, multi-path or modeling inaccuracies. Primarily focused in robustness, the tomographic algorithm developed and assessed in this thesis proposes a non-iterative and non-quantitative implementation based on a modified Born method. Taking as a reference the efficient, real-time and robust 2D circular tomographic method developed in our department in the late 80s, this thesis proposes a novel implementation providing an update to the current state-of-the-art. The two main contributions of this work are the 3D formulation and the multi-frequency extension, leading to the so-called Magnitude Combined (MC) Tomographic algorithm. First of all, 2D algorithms were only applicable to the reconstruction of objects that can be assumed uniform in the third dimension, such as forearms. For the rest of the cases, a 3D algorithm was required. Secondly, multi-frequency information tends to stabilize the reconstruction removing the frequency selective artifacts while maintaining the resolution of the higher frequency of the band. This thesis covers the formulation of the MC tomographic algorithm and its assessment with medically relevant scenarios in the framework of breast cancer and brain stroke detection. In the numerical validation, realistic models from magnetic resonances performed to real patients have been used. These models are currently the most realistic ones available to the scientific community. Special attention is devoted to the experimental validation, which constitutes the main challenge of the microwave imaging systems. For this reason, breast phantoms using mixtures of chemicals to mimic the dielectric properties of real tissues have been manufactured and an acquisition system to measure these phantoms has been created. The results show that the proposed algorithm is able to provide robust images of medically realistic scenarios and detect a malignant breast lesion and a brain hemorrhage, both at an initial stage.

This thesis is focused on the study of stochastic and nonlinear dynamics in optical systems. First, we study experimentally the dynamics of a Brownian nanometer particle in an optical trap subjected to an external forcing. Specifically, we consider the effects of parametric noise added to a monostable or bistable optical trap and discovered a new effect which we named stochastic resonant damping (SRD). SRD concerns the minimization of the output variance position of a particle held in a harmonic trap, when an external parametric noise was added to the position trap. We compared the classical stochastic resonance (SR) with SRD and found that they are two phenomena which coexist in the same system but in different regimes. The experimentally studied monostable system showed a maximum in the signal to noise ratio, a clear signature of a resonance. We also developed a new technique to increase 10-fold the detection range of the quadrant photodiode that we used in this study, which exploits the channel crosstalk. Second, we study the stochastic dynamics of a type of semiconductor laser (SCL), known as vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL), that exhibits polarization bistability and hysteresis, either when the injection current or when the optically injected power are varied. We have shown how these properties can be exploited for logic operations due to the effect of the spontaneous emission noise. Two logical input signals have been encoded in three levels of optically injected power from a master laser, and the logical output response was decoded from the emitted polarization of the injected VCSEL. Correct and robust operation was obtained when the three levels of injected power were adjusted to favor one polarization at two levels and to favor the orthogonal polarization at the third level. We numerically demonstrated that the VCSEL-based logic operator allows to reproduce the truth table for the OR and NOR logic operators, while the extension to AND and NAND is straightforward. With this all-optical configuration we have been able to reduce the minimum bit time required for correct operation from 30 ns, obtained in a previous work with an optoelectronic configuration, to 5 ns. The third focus of this thesis is the study of the chaotic nonlinear dynamics of a SCL optically injected, in the regime where it can display sporadic huge intensities pulses, referred to as Rogue Waves (RWs). We found that, when adding optical noise, the region where RWs appear becomes wider. This behavior is observed for high enough noise; however, on the contrary, for very weak noise we found that noise diminishes the number of RW events in certain regions. In order to suppress or induce extreme pulses, we investigated the effects of an external periodic modulation of the laser current. We found that the modulation at specific frequencies modifies the dynamics from chaotic to periodic. Depending on the parameter region, current modulation can contribute to an increased threshold for RWs. Therefore, we concluded that the modulation can be effective for suppressing the RWs dynamics.

With the arrival of free on-line machine translation (MT) systems, came the possibility to improve automatic translations with the help of daily users. One of the methods to achieve such improvements is to ask to users themselves for a better translation. It is possible that the system had made a mistake and if the user is able to detect it, it would be a valuable help to let the user teach the system where it made the mistake so it does not make it again if it finds a similar situation. Most of the translation systems you can find on-line provide a text area for users to suggest a better translation (like Google translator) or a ranking system for them to use (like Microsoft's). In 2009, as part of the Seventh Framework Programme of the European Commission, the FAUST project started with the goal of developing "machine translation (MT) systems which respond rapidly and intelligently to user feedback". Specifically, one of the project objective was to "develop mechanisms for instantaneously incorporating user feedback into the MT engines that are used in production environments, ...". As a member of the FAUST project, this thesis focused on developing one such mechanism. Formally, the general objective of this work was to design and implement a strategy to improve the translation quality of an already trained Statistical Machine Translation (SMT) system, using translations of input sentences that are corrections of the system's attempt to translate them. To address this problem we divided it in three specific objectives: 1. Define a relation between the words of a correction sentence and the words in the system's translation, in order to detect the errors that the former is aiming to solve. 2. Include the error corrections in the original system, so it learns how to solve them in case a similar situation occurs. 3. Test the strategy in different scenarios and with different data, in order to validate the applications of the proposed methodology. The main contributions made to the SMT field that can be found in this Ph.D. thesis are: - We defined a similarity function that compares an MT system output with a translation reference for that output and align the errors made by the system with the correct translations found in the reference. This information is then used to compute an alignment between the original input sentence and the reference. - We defined a method to perform domain adaptation based on the alignment mentioned before. Using this alignment with an in-domain parallel corpus, we extract new translation units that correspond both to units found in the system and were correctly chosen during translation and new units that include the correct translations found in the reference. These new units are then scored and combined with the units in the original system in order to improve its quality in terms of both human an automatic metrics. - We succesfully applied the method in a new task: to improve a SMT translation quality using post-editions provided by real users of the system. In this case, the alignment was computed over a parallel corpus build with post-editions, extracting translation units that correspond both to units found in the system and were correctly chosen during translation and new units that include the corrections found in the feedback provided. - The method proposed in this dissertation is able to achieve significant improvements in translation quality with a small learning material, corresponding to a 0.5% of the training material used to build the original system. Results from our evaluations also indicate that the improvement achieved with the domain adaptation strategy is measurable by both automatic a human-based evaluation metrics. / Esta tesis propone un nuevo método para mejorar un sistema de Traducción Automática Estadística (SMT por sus siglas en inglés) utilizando post-ediciones de sus traducciones automáticas. La estrategia puede asociarse con la adaptación de dominio, considerando las post-ediciones obtenidas a través de usuarios reales del sistema de traducción como el material del dominio a adaptar. El método compara las post-ediciones con las traducciones automáticas con la finalidad de detectar automáticamente los lugares en los que el traductor cometió algún error, para poder aprender de ello. Una vez los errores han sido detectados se realiza un alineado a nivel de palabras entre las oraciones originales y las postediciones, para extraer unidades de traducción que son luego incorporadas al sistema base de manera que se corrijan los errores en futuras traducciones. Nuestros resultados muestran mejoras estadísticamente significativas a partir de un conjunto de datos que representa en tamaño un 0, 5% del material utilizado durante el entrenamiento. Junto con las medidas automáticas de calidad, también presentamos un análisis cualitativo del sistema para validar los resultados. Las mejoras en la traducción se observan en su mayoría en el léxico y el reordenamiento de palabras, seguido de correcciones morfológicas. La estrategia, que introduce los conceptos de corpus aumentado, función de similaridad y unidades de traducción derivadas, es probada con dos paradigmas de SMT (traducción basada en N-gramas y en frases), con dos pares de lengua (Catalán-Español e Inglés-Español) y en diferentes escenarios de adaptación de dominio, incluyendo un dominio abierto en el cual el sistema fue adaptado a través de peticiones recogidas por usuarios reales a través de internet, obteniendo resultados similares durante todas las pruebas. Los resultados de esta investigación forman parte del projecto FAUST (en inglés, Feedback Analysis for User adaptive Statistical Translation), un proyecto del Séptimo Programa Marco de la Comisión Europea.

Although the term “domotics” is not absolutely unknown, there are a great number of cases where this term has been associated with a complicated and luxury technology, intended to ease life in houses and buildings but that finally does not work. The manufacturers have dedicated big efforts to improve their products, considering today that these new technologies are mature from a technological point of view, installers have been trained and they are more familiar with new technologies. They necessary know them and have passed from install simple electromechanical devices (switches, plugs, protections) to program more complex electronic systems, evolution that has been needed to be adapted to a more competitive market and, unfortunately, smaller and complicated due to the crisis effect that we are living. Other efforts, less known and probably more important than already shown, have been made and are made in this sense. There are many works directed to standardize and regulate this technology in order to create a profitable market. This type of actions allows us to define correctly what domotics means (and other expressions) and how it should be defined and installed in order that users could enjoy with guarantees this technology. Its performances have been defined and they are not only focused in luxury, that now is known as “comfort”, but security, communications and energy management. This documents shows the works that the author has made o where he has participated, that define, standardize even regulate those works that allows develop this market. / Aunque el término domótica no es absolutamente desconocido son muchos los casos en que, de forma despectiva, se ha asociado este término a una tecnología complicada y de lujo, que intenta hacer la vida más fácil en las viviendas y edificios pero que, al final, no funciona. Los fabricantes han dedicado grandes esfuerzos para mejorar sus productos considerando que, hoy en día desde el punto de vista tecnológico, estas tecnologías son maduras. Se ha formado a los instaladores quienes cada vez están más familiarizados con las nuevas tecnologías y quienes en un salto generacional ya las dominan, de forma necesaria, pasando de instalar simples elementos electromecánicos en las viviendas (interruptores, enchufes, protecciones, etc.) a programar sistemas electrónicos más complejos, evolución necesaria para adaptarse a un mercado cada vez más competitivo y por desgracia, menos amplio y castigado por efecto de la crisis en la que estamos actualmente inmersos. Otros esfuerzos menos conocidos y probablemente más importantes que los anteriores han sido los numerosos trabajos realizados para reglamentar y normalizar esta tecnología con el objetivo último de crear un mercado rentable. Este tipo de de acciones permiten definir correctamente qué se entiende por domótica (y otras acepciones similares) y cómo debe definirse e instalarse para que el usuario disfrute con garantías de esta tecnología. Se han definido sus utilidades ya no solamente dirigidas al lujo o lo que hoy llamamos con mayor precisión “confort” sino aquellas que hacen referencia a la seguridad, las comunicaciones y la gestión energética. Este documento pretende mostrar los trabajos que el autor ha realizado/participado y que han servido para definir, normalizar y regular, y que finalmente contribuyen a desarrollar este sector.

Polymers are becoming preferred materials in biomedical applications because of their vast diversity of properties, functionalities and applications. Properties as mechanical strength, stability against degradation, biocompatibility and biodegradability, among others, have been attractive for different medical applications. One of the most interesting applications of these materials is drug delivery systems. Biodegradable polymers and copolymers are the preferred materials for the manufacture of a variety of devices for temporal applications in medicine and pharmacology; these biodegradable polymers can be chemically synthesized or biologically produced. Biotechnological polymers have attracted much attention because two main advantages; first, they are produced from renewable resources; and second, as they are biologically produced they are biocompatible, biodegradable and bioresorbable materials. Thus, modification of biotechnological polymers to obtain specific properties or functionalities is a good strategy for the development of promising biomedical materials. In this Thesis the water soluble biotechnological polymer poly(ß,L-malic acid) (PMLA) was modified to change its hydrophilic character to produce non water-soluble polymers capable of forming particulate systems for drug encapsulation and controlled release. PMLA is a polyester-3 with a pendant carboxylic group; it is biocompatible, biodegradable and bioresorbable. The carboxylic side group can be substituted in order to modify the properties of the polymer. The polymer as polyelectrolyte, is also water-soluble. Different strategies were used for polymer derivatization: direct esterification and amidation through the activation of the carboxylic side groups with carbodiimides; ionic complex formation with a cationic drug (Doxorubicin); and esterification with aliphatic long chains by a two step method employing thiol-ene click reactions. Obtained PMLA derivatives resulted in hydrophobic or amphiphilic polymers, which were appropriated for nanoparticle formation, either by emulsion solvent evaporation or by precipitation dialysis techniques. Derivatives physicochemical characterization was made by 1H and 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, gel permeation chromatography (GPC) and differential scanning calorimetry. Hydrolytic degradation was followed by GPC and 1H NMR, while particles were observed by scanning electron microscopy and their size and surface charge characterized by dynamic light scattering and ζ-potential measurement. Assays of drug encapsulation and release were also performed and cytotoxicity tests were done on cancer cell lines. Nanoparticles (100-300 nm aprox.) were obtained from all PMLA derivatives, except for the ionic complex which formed microparticles. Nanoparticles showed potential as drug delivery systems since they were able to encapsulate the anticancer drugs Temozolomide and Doxorubicin, as well as the model drugs Theophylline and Carbamazepine. Drug release was assessed under physiological conditions; the release rate was found to depend on encapsulation method, drug and polymer derivative. Hydrolytic degradation assays showed that free malic acid and the organic compound derived from the reagent used for modification were the last products of aqueous degradation of PMLA derivatives. Cytotoxicity tests demonstrated the low toxicity of the synthesized derivatives. Results generated in this Thesis suggest that the biotechnological polymer PMLA is a material of interest as a platform for the design and development of biodegradable drug delivery systems with potential in the therapy of diseases considered today challenging for pharmacologic treatment.

Virtual optical networking supports the dynamic provisioning of dedicated networks over the same network infrastructure, which has received a lot of attention by network providers. The stringent network requirements (e.g., Quality of Service -QoS-, Service Level Agreement -SLA-, dynamicity) of the emerging high bandwidth and dynamic applications such as high-definition video streaming (e.g., telepresence, television, remote surgery, etc.), and cloud computing (e.g., real-time data backup, remote desktop, etc.) can be supported by the deployment of dynamic infrastructure services to build ad-hoc Virtual Optical Networks (VON), which is known as Infrastructure as a Service (IaaS). Future Internet should support two separate entities: infrastructure providers (who manage the physical infrastructure) and service providers (who deploy network protocols and offer end-to-end services). Thus, network service providers shall request, on a per-need basis, a dedicated and application-specific VON and have full control over it. Optical network virtualization technologies allow the partitioning/composition of the network infrastructure (i.e., physical optical nodes and links) into independent virtual resources, adopting the same functionality as the physical resource. The composition of these virtual resources (i.e., virtual optical nodes and links) allows the deployment of multiple VONs. A VON must be composed of not only a virtual transport plane but also of a virtual control plane, with the purpose of providing the required independent and full control functionalities (i.e., automated connection provisioning and recovery (protection/restauration), traffic engineering (e.g., QoS, SLA), etc.). This PhD Thesis focuses on optical network virtualization, with three main objectives. The first objective consists on the design, implementation and evaluation of an architecture and the necessary protocols and interfaces for the virtualization of a Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) controlled Wavelength Switched Optical Network (WSON) and the introduction of a resource broker for dynamic virtual GMPLS-controlled WSON infrastructure services, whose task is to dynamically deploy VONs from service provider requests. The introduction of a resource broker implies the need for virtual resource management and allocation algorithms for optimal usage of the shared physical infrastructure. Also, the deployment of independent virtual GMPLS control plane on top of each VON shall be performed by the resource broker. This objective also includes the introduction of optical network virtualization for Elastic Optical Networks (EON). The second objective is to design, implement and experimentally evaluate a system architecture for deploying virtual GMPLS-controlled Multi-Protocol Label Switching Transport Profile (MPLS-TP) networks over a shared WSON. With this purpose, this PhD Thesis also focuses on the design and development of MPLS-TP nodes which are deployed on the WSON of the ADRENALINE Testbed at CTTC premises. Finally, the third objective is the composition of multiple virtual optical networks with heterogeneous control domains (e.g., GMPLS, OpenFlow). A multi-domain resource broker has been designed, implemented and evaluated. / La gestió de xarxes òptiques virtuals permet la provisió dinàmica de xarxes dedicades a sobre la mateixa infraestructura de xarxa i ha cridat molt l’atenció als proveïdors de xarxes. Els requisits de xarxa (per exemple la qualitat de servei, els acords de nivell de servei o la dinamicitat) són cada cop més astringents per a les aplicacions emergents d'elevat ample de banda i dinàmiques, que inclouen per exemple la reproducció en temps real de vídeo d'alta definició (telepresència, televisió, telemedicina) i serveis d’informàtica en núvol (còpies de seguretat en temps real, escriptori remot). Aquests requisits poden ser assolits a través del desplegament de serveis de infraestructura dinàmics per construir xarxes òptiques virtuals (VON, en anglès), fet que és conegut com a infraestructura com a servei (IaaS). La internet del futur hauria de suportar dos entitats diferenciades: els proveïdors d'infraestructures (responsables de gestionar la infraestructura física), i els proveïdors de serveis (responsables dels protocols de xarxa i d'oferir els serveis finals). D'aquesta forma els proveïdors de serveis podrien sol•licitar i gestionar en funció de les necessitats xarxes òptiques virtuals dedicades i específiques per les aplicacions. Les tecnologies de virtualització de xarxes òptiques virtuals permeten la partició i composició de infraestructura de xarxa (nodes i enllaços òptics) en recursos virtuals independents que adopten les mateixes funcionalitats que els recursos físics. La composició d'aquests recursos virtuals (nodes i enllaços òptics virtuals) permet el desplegament de múltiples VONs. Una VON no sols està composada per un pla de transport virtual, sinó també per un pla de control virtual, amb l'objectiu d'incorporar les funcionalitats necessàries a la VON (provisió de connexions automàtiques i recuperació (protecció/restauració), enginyeria de tràfic, etc.). Aquesta tesis es centra en la virtualització de xarxes òptiques amb tres objectius principals. El primer objectiu consisteix en el disseny, implementació i avaluació de l'arquitectura i els protocols i interfícies necessaris per la virtualització de xarxes encaminades a través de la longitud d'ona i controlades per GMPLS. També inclou la introducció d'un gestor de recursos per desplegar xarxes òptiques virtuals de forma dinàmica. La introducció d'aquest gestor de recursos implica la necessitat d'una gestió dels recursos virtuals i d’algoritmes d’assignació de recursos per a la utilització òptima dels recursos físics. A més el gestor de recursos ha de ser capaç del desplegament dels recursos assignats, incloent un pla de control GMPLS virtual independent per a cada VON desplegada. Finalment, aquest objectiu inclou la introducció de mecanismes de virtualització per a xarxes elàstiques òptiques (EON, en anglès). El segon objectiu és el disseny, la implementació i l’avaluació experimental d'una arquitectura de sistema per oferir xarxes MPLS-TP virtuals controlades per GMPLS sobre una infraestructura i WSON compartida. Per això, aquesta tesis també es centra en el disseny i desenvolupament d'un node MPLS-TP que ha estat desplegat al demostrador ADRENALINE, al CTTC. Finalment, el tercer objectiu és la composició de múltiples xarxes òptiques virtuals en dominis de control heterogenis (GMPLS i OpenFlow). Un gestor de recursos multi-domini ha estat dissenyat, implementat i avaluat. / La gestión de redes ópticas virtuales permite la provisión dinámica de redes dedicadas encima la misma infraestructura de red y ha llamado mucho la atención a los proveedores de redes. Los requisitos de red (por ejemplo la calidad de servicio, los acuerdos de nivel de servicio o la dinamicidad) son cada vez más estringentes para las aplicaciones emergentes de elevado ancho de banda y dinámicas, que incluyen por ejemplo la reproducción en tiempo real de vídeo de alta definición (telepresencia, televisión, telemedicina) y servicios de computación en la nube (copias de seguridad en tiempo real, escritorio remoto). Estos requisitos pueden ser logrados a través del despliegue de servicios de infraestructura dinámicos para construir redes ópticas virtuales (VON, en inglés), hecho que es conocido como infraestructura como servicio (IaaS). La internet del futuro tendrá que soportar dos entidades diferenciadas: los proveedores de infraestructuras (responsables de gestionar la infraestructura física), y los proveedores de servicios (responsables de los protocolos de red y de ofrecer los servicios finales). De esta forma los proveedores de servicios podrán solicitar y gestionar en función de las necesitados redes ópticas virtuales dedicadas y específicas por las aplicaciones. Las tecnologías de virtualización de redes ópticas virtuales permiten la partición y composición de infraestructura de red (nodos y enlaces ópticos) en recursos virtuales independientes que adoptan las mismas funcionalidades que los recursos físicos. La composición de estos recursos virtuales (nodos y enlaces ópticos virtuales) permite el despliegue de múltiples VONs. Una VON no sólo está compuesta por un plan de transporte virtual, sino también por un plan de control virtual, con el objetivo de incorporar las funcionalidades necesarias a la VON (provisión de conexiones automáticas y recuperación (protección/restauración), ingeniería de tráfico, etc.). Esta tesis se centra en la virtualización de redes ópticas con tres objetivos principales. El primer objetivo consiste en el diseño, implementación y evaluación de la arquitectura y los protocolos e interfaces necesarios por la virtualización de redes encaminadas a través de la longitud de ola y controladas por GMPLS. También incluye la introducción de un gestor de recursos para desplegar redes ópticas virtuales de forma dinámica. La introducción de este gestor de recursos implica la necesidad de una gestión de los recursos virtuales y de algoritmos de asignación de recursos para la utilización óptima de los recursos físicos. Además el gestor de recursos tiene que ser capaz del despliegue de los recursos asignados, incluyendo un plan de control GMPLS virtual independiente para cada VON desplegada. Finalmente, este objetivo incluye la introducción de mecanismos de virtualización para redes elásticas ópticas (EON, en inglés). El segundo objetivo es el diseño, la implementación y la evaluación experimental de una arquitectura de sistema para ofrecer redes MPLS-TP virtuales controladas por GMPLS sobre una infraestructura WSON compartida. Por eso, esta tesis también se centra en el diseño y desarrollo de un nodo MPLS-TP que ha sido desplegado al demostrador ADRENALINE, en el CTTC. Finalmente, el tercer objetivo es la composición de múltiples redes ópticas virtuales en dominios de control heterogéneos (GMPLS y OpenFlow). Un gestor de recursos multi-dominio ha sido diseñado, implementado y evaluado.

Primeramente se hace una exposición de los métodos dedescripción diseño y puesta a punto de programas ycircuitos actualmente utilizados, a continuación sedescribe la alternativa propuesta cuyas característicasmás destacadas son: - análisis descendente de las tareasque debe realizar el sistema. - descripción formal yuniforme de esas tareas. - unificación de losprocedimientos de síntesis de programas y circuitos. -aprovechamiento optimo de las herramientas de puesta apunto de microcomputadores.

Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPC / Electroencephalogram (EEG) recordings provide insight into the changes in brain activity associated with various states of anesthesia, epilepsy, brain attentiveness, sleep disorders, brain disorders, etc. EEG's are complex signals whose statistical properties depend on both space and time. Their randomness and non-stationary characteristics make them impossible to be described in an accurate way with a simple technique, requiring analysis and characterization involves techniques that take into account their non-stationarity. For that, new advanced techniques in order to improve the efficiency of the EEG based methods used in the clinical practice have to be developed. The main objective of this thesis was to investigate and implement different methods based on nonlinear techniques in order to develop indexes able to characterize the frequency spectrum, the nonlinear dynamics and the complexity of the EEG signals recorded in different state of consciousness. Firstly, a new method for removing peak and spike in biological signal based on the signal envelope was successfully designed and applied to simulated and real EEG signals, obtaining performances significantly better than the traditional adaptive filters. Then, several studies were carried out in order to extract and evaluate EEG measures based on nonlinear techniques in different contexts such as the automatic detection of sleepiness and the characterization and prediction of the nociceptive stimuli and the assessment of the sedation level. Four novel indexes were defined by calculating entropy of the Choi-Williams distribution (CWD) with respect to time or frequency, by using the probability mass function at each time instant taken independently or by using the probability mass function of the entire CWD. The values of these indexes tend to decrease, with different proportion, when the behavior of the signals evolved from chaos or randomness to periodicity and present differences when comparing EEG recorded in eyes-open and eyes-closed states and in ictal and non-ictal states. Measures obtained with time-frequency representation, mutual information function and correntropy, were applied to EEG signals for the automatic sleepiness detection in patients suffering sleep disorders. The group of patients with excessive daytime sleepiness presented more power in ¿ band than the group without sleepiness, which presented higher spectral and cross-spectral entropy in the frontal zone in d band. More complexity in the occipital zone was found in the group of patients without sleepiness in ß band, while a stronger nonlinear coupling between the occipital and frontal regions was detected in patients with excessive daytime sleepiness, in ß band. Time-frequency representation and non-linear measures were also used in order to study how adaptation and fatigue affect the event-related brain potentials to stimuli of different modalities. Differences between the responses to infrequent and frequent stimulation in different recording periods were found in series of averaged EEG epochs recorded after thermal, electrical and auditory stimulation. Nonlinear measures calculated on EEG filtered in the traditional frequency bands and in higher frequency bands improved the assessment of the sedation level. These measures were obtained by applying all the developed techniques on signals recorded from patients sedated, in order to predict the responses to pain stimulation such as nail bad compression and endoscopy tube insertion. The proposed measures exhibit better performances than the bispectral index (BIS), a traditional indexes used for hypnosis assessment. In conclusion, nonlinear measures based on time-frequency representation, mutual information functions and correntropy provided additional information that helped to improve the automatic sleepiness detection, the characterization and prediction of the nociceptive responses and thus the assessment of the sedation level. / El registro de la señal Electroencefalografíca (EEG) proporciona información sobre los cambios en la actividad cerebral asociados con varios estados de la anestesia, la epilepsia, la atención cerebral, los trastornos del sueño, los trastornos cerebrales, etc. Los EEG son señales complejas cuyas propiedades estadísticas dependen del espacio y del tiempo. Sus características aleatorias y no estacionarias hacen imposible que el EEG se describa de forma precisa con una técnica sencilla requiriendo un análisis y una caracterización que implica técnicas que tengan en cuenta su no estacionariedad. Todo esto aumenta la necesidad de desarrollar nuevas técnicas avanzadas con el fin de mejorar la eficiencia de los métodos utilizados en la práctica clínica que son basados en el análisis de EEG. En esta tesis se han investigado y aplicado diferentes métodos utilizando técnicas no lineales con el fin de desarrollar índices capaces de caracterizar el espectro de frecuencias, la dinámica no lineal y la complejidad de las señales EEG registradas en diferentes estados de conciencia. En primer lugar, se ha desarrollado un nuevo algoritmo basado en la envolvente de la señal para la eliminación de ruido de picos en las señales biológicas. Este algoritmo ha sido aplicado a señales simuladas y reales obteniendo resultados significativamente mejores comparados con los filtros adaptativos tradicionales. Seguidamente, se han llevado a cabo varios estudios con el fin de extraer y evaluar las medidas de EEG basadas en técnicas no lineales en diferentes contextos. Se han definido nuevos índices mediante el cálculo de la entropía de la distribución de Choi-Williams (DCW) con respecto al tiempo o la frecuencia. Se ha observado que los valores de estos índices tienden a disminuir, en diferentes proporciones, cuando el comportamiento de las señales evoluciona de caótico o aleatorio a periódico. Además, se han encontrado valores diferentes de estos índices aplicados a la señal EEG registrada en diferentes estados. Diferentes medidas basadas en la representación tiempo-frecuencia, la función de información mutua y la correntropia se han aplicado al EEG para la detección automática de la somnolencia en pacientes que sufren trastornos del sueño. Se ha observado en la zona frontal que la potencia en la banda θ es mayor en los pacientes con somnolencia diurna excesiva, mientras que la entropía espectral y la entropía espectral cruzada en la banda δ es mayor en los pacientes sin somnolencia. En el grupo sin somnolencia se ha encontrado más complejidad en la zona occipital, mientras que el acoplamiento no lineal entre las regiones occipital y frontal ha resultado más fuerte en pacientes con somnolencia diurna excesiva, en la banda β. La representación tiempo-frecuencia y las medidas no lineales se han utilizado para estudiar cómo la adaptación y la fatiga afectan a los potenciales cerebrales relacionados con estímulos térmicos, eléctricos y auditivos. Analizando el promedio de varias épocas de EEG grabadas después de la estimulación, se han encontrado diferencias entre las respuestas a la estimulación frecuente e infrecuente en diferentes períodos de registro. Todas las técnicas que se han desarrollado, se han aplicado a señales EEG registradas en pacientes sedados, con el fin de predecir las respuestas a la estimulación del dolor. Un conjunto de medidas calculadas en señales EEG filtradas en diferentes bandas de frecuencia ha permitido mejorar la evaluación del nivel de sedación. Las medidas propuestas han presentado un mejor rendimiento comparado con el índice bispectral, un indicador de hipnosis tradicional. En conclusión, las medidas no lineales basadas en la representación tiempofrecuencia, funciones de información mutua y correntropia han proporcionado informaciones adicionales que contribuyeron a mejorar la detección automática de la somnolencia, la caracterización y predicción de las respuestas nociceptivas y por lo tanto la evaluación del nivel de sedación.

La consulta íntegra de la tesi, inclòs l'article no comunicat públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPC / The current approach to managing the distal pancreas after pancreaticoduodenectomy is to anastomose the stump to either the jejunum or the stomach. However, occlusion of the main pancreatic duct (usually sutured, ligated or glued), remains an option in certain circumstances, even if it does involve a greater risk of pancreatic fistula. Recent studies suggest that distal pancreatic transection by radiofrequency-assisted transection (RFAT) devices can seal the main pancreatic duct easily and safely. The goal of this thesis was to elucidate whether the RFAT of the main pancreatic duct may avoid the risk of both necrotizing pancreatitis and postoperative pancreatic fistula (POPF) formation. Using murine and porcine experimental models, we performed a transection of the neck of the pancreas by RFAT without pancreatic anastomosis in both species. Thirty-two rats were subjected to the procedure and were killed at 3, 7, 15 and 21 days. Two additional control groups; sham operation (n=3) and user manipulation only (n=4) of 15 days of postoperative period (PO) were considered. On the porcine model, thirteen animals were subjected to the same procedure and killed at 1 and 6 months, and 11 pancreatic specimens were used such as histological controls. Histologically, both models showed a rapid atrophy of the distal pancreas by apoptosis with no signs of necrotizing pancreatitis. The atrophic pattern of the distal pancreas was characterized by acinar-ductal metaplasia which was replaced by fibrotic and adipose tissue at long PO period (6 month in the porcine model). The insulin area increased over the PO in both proximal and distal pancreas, though we identified a significant increase of clusters of ß-cells in the distal pancreas in both species after the transection. The proximal pancreas was totally preserved at all time of the PO. As a general finding, we observed biochemically a significant increase in serum amylase levels on the immediate PO which return to baseline levels in the following weeks. Two biochemical grade A POPF and a pseudocyst were diagnosed in the porcine model, while any POPF was observed in the murine model. Overall, our results show that the RFAT of the neck of the pancreas achieved and efficient sealing of the stump of the pancreas and led to the complete exocrine atrophy of the distal remnant pancreas without leading necrotizing pancreatitis. This technic could be considered as an alternative in difficult circumstances where anastomosis of the distal pancreatic stump is believed to be unwise. / Hoy en día la duodenopancreatectomía es el procedimiento estándar para el tratamiento del adenocarcinoma ductal y consiste en la anastomosis del remanente pancreático al estómago o yeyuno tras una transección corporocaudal. Sin embargo, la oclusión del ducto pancreático principal (mediante sutura, ligadura o pegamento) sigue siendo una buena opción en algunas circunstancias en las que el riesgo de fístula pancreática es elevado. Estudios recientes sugieren que la transección asistida por radiofrecuencia (RFAT) del páncreas distal es una técnica fácil y segura. El objetivo de ésta tesis es evaluar si la RFAT del ducto pancreático principal reduce el riesgo de pancreatitis necrótico hemorrágica y de fístula pancreática (POPF). Para ello, se utilizaron dos modelos experimentales, murino y porcino, a los cuales se les realizó una RFAT del cuello del páncreas sin anastomosar el remanente pancreático. Treinta y dos ratas fueron sujetas al procedimiento con supervivencia de 3, 7, 15 y 21 días de postoperatorio (PO). Además, se consideraron otros dos grupos controles de 15 días de PO sujetos a toda operación excepto la transección pancreática (sham, n=3) y otros animales sometidos únicamente a manipulación preoperatoria (control, n=4). En modelo porcino, 13 animales fueron sometidos al mismo procedimiento pero con periodos de supervivencia de 1 y 6 meses (n= 8 y n= 5, respectivamente), y 11 especímenes pancreáticos se utilizaron como controles histológicos. Histológicamente, ambos modelos mostraron la rápida atrofia del páncreas distal sin signos de pancreatitis necrótico hemorrágica y total preservación del páncreas proximal. El patrón de atrofia se caracterizó por una respuesta apoptótica que parece estimular un proceso de metaplasia acino-ductal que con el PO tardío (6 meses en modelo porcino) desencadena el reemplazo de los pseudoductos por tejido fibrótico y posterior metaplasia grasa. Con el PO se observó un aumento del área de insulina en el páncreas distal y proximal, aunque se identificó un aumento de agrupaciones de células β en el páncreas distal de ambas especies tras la transección. Bioquímicamente, se identificó un aumento significativo de amilasa en suero durante el PO inmediato que se estabilizó a valores basales a la semana. Se diagnosticaron 2 POPF grado A (bioquímicas) en modelo porcino y ninguna en modelo murino. En conclusión, nuestros resultados sugieren que la RFAT del cuello del páncreas consigue un sellado eficiente del remanente pancreático y desencadena una atrofia exocrina total del páncreas distal sin signos de pancreatitis necrótico hemorrágica. Ésta técnica puede ser de especial interés en casos en que la anastomosis no esté recomendada