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 UPC / Recently, the emergence of lab-on-a-chip devices has seen in a variety of applications especially in clinical analys is and diagnostics. ln particular the lack of suitable microdevices for separation of plasma from whole blood is a barrier to achieve a reliable lab on a chip (LOC) blood test. In order to address this issue, a novel self-driven high throughput blood plasma separator microchip is introduced as a first step to a miniaturized blood analys is. PDMS (Polydim ethylsiloxane) is utilized as the base material for the microdevice fabrication to ens ure the biocompatibility, the disposability (single-use to avoid contamination) and the low cost ofthe system for the mass-manufacturing. One of the characteristic features ofthe presented m icrodevice is that it needs to work just by capillary pressure eliminating the need of external sources. The requested capillary pressure to drive blood through the microdevice is derived via PDMS modification byanalyzing different surfactants, which are mixed with pre-cured PDMS to achieve a stable hydrophilic character. Furthermore, a diamond microchannel integrated micropillar (dMIMP) pump with high throughput and with a resistance flow 35.5% lower than a circular based micropillar pump (cMIMP) has been developed. For this purpose, the pressure drop and flow resistance of a lam inar flow through low aspect ratio MIMPs with different shapes and geometrical parameters are experim entally, numerically and analytically determined. In order to characterize the fabricated microcapillarypumps in PDMS, a novel and simple fabrication technique is introduced to overcome the PDMS deform ation under high-pressure operation. The presented fabrication technique combines the use of stiff PDMS (1 0:2, the ratio between polymer base and cross liking agent) and a thin coating layer of the UV curable thiolene resin as supporter (Norland Optical Adhesive 63) on the fabricated PDMS microchannel. Finally, using all the achieved results in the material property and microcapillary pump design in the last steps, a novel selfd riven high throughput microfluid ic chip for blood plasma separation is designed and fabricated. The presented microdevice can successfu lly separate more than 0.11JL of plasma from a whole human fresh blood drop (51JL) without the need of external forces with high efficiency(more than 90%) and reasonable time (3 to 5 minutes). The achieved plasma volume (0.1 IJL) in 10 1Jm-depth collected channels ofthe presented self-driven microdevice paves the path to integrate this microfluidic circuit in a portable medical point-of-care-testing (POCT) for doing different blood analysis. / Recientemente, la aparición de dispositivos de laboratorio en un chip (Lab on a chip) ha generado una gran variedad de nuevas aplicaciones especialmente en análisis clínicos y diagnóstico. En particular, la falta de micro dispositivos adecuados para la separación del plasma de la sangre es una barrera para lograr un dispositivo portátil que pueda realizar una análisis de sangre. Con el fin de abordar esta cuestión, un microsistema auto impulsado que pueda obtener una cantidad importante de plasma sanguíneo de una gota de sangre seria un primer paso para un análisis de sangre miniaturizado. En esta tesis se utiliza PDMS (Polydimethylsiloxane ) como material de base para la fabricación del microdispositivo debido a su biocompatibilidad y su bajo coste. Uno de los rasgos característicos del dispositivo presentado es que trabaja solo con presión capilar que elimina la necesidad de fuentes externas. La presión capilar solicitada para conducir sangre a través del microdispositivo se obtiene mediante la modificación del PDMS mediante diferentes agentes tensioactivos, que se mezclan con PDMS pre-curado para lograr un carácter hidrófilo estable. El proceso de filtración se basará en una estructura de columnas con baja relación de aspecto. Estás estructuras se han analizado numéricamente, analíticamente y experimentalmente, para obtener un diseño con baja resistencia al flujo. En concreto, se ha diseñado un conjunto de microcolumnas base diamante (dMIMP) que se utilizará como bomba de alto rendimiento y baja resistencia al flujo (35.5 % menor que una bomba microcolumnas circulares (cMIMP)). Para realizar esta caracterización se ha desarrollado un sistema de fabricación que permita caracterizar las estructruas de PDMS, a alta presión sin que se deformen. Por último, se ha utilizado el PDMS modificado y la bomba capilar optimizada para realizar un diseño de microfiltro de plasma sanguíneo de alto rendimiento. El microdispositivo presentado puede separar más de 0.11microL de plasma de una gota de sangre fresca humana (5microL) sin la necesidad de fuerzas externas con una alta eficiencia (más del 90%) y un tiempo razonable (de 3 a 5 minutos). El volumen de plasma obtenido es suficiente para implementar diferentes tipos de test sanguíneo y por tant representa el primer paso hacia la creación de un punto de atención portàtil (POC, point of care).

La comunicació per rebot ionosfèric en la banda d’HF es presenta com una bona candidata en l’establiment de trucades i transmissió de dades per aplicacions militars, països en vies de desenvolupament, catàstrofes naturals o com a sistema de backup gràcies a la senzillesa de desplegament del sistema i al baix cost que suposa. Els estàndars actuals de comunicacions HF defineixen bit rates entre 75 i 12.800 bps, depenent de les condicions del canal, usant un ample de banda de 3 kHz. Els ultims avanços inclouen funcionalitats d’Automatic Link Establishment (ALE) i Automatic Repeat Request (ARQ), permitint establir l’enllaç de comunicació i solicitant la retransmissió de dades quan un paquet s’hagi perdut de manera automàtica, sense la necessitat de que l’usuari sigui un tècnic expert. En aquest projecte s’han definit dos objectius científics: i) estudiar la variabilitat d’aquest canal ionosfèric HF durant un cicle solar complet i ii) proposar una nova capa física adaptada a aquest canal. Aquesta tecnologia s’utilitza com a sistema de transmissió de les dades dels sensors instal·lats en la Antarctic Station Juan Carlos I (ASJI) per la comunitat científica desplaçada a l'illa i Cambrils (Espanya), establint un ràdioenllaç unidireccional de 12.760 km. El sistema implementat és de molt baixa potència, 200 W, utilitzant un senzill monopol en transmissió a causa de les restriccions mediambientals imposades pel tractat antàrtic. S’han revisat els distints estàndards d’HF per poder desplegar aquest ràdioenllaç, no obstant això, cap d’ells compleix amb el baix nivell de SNR observat. Per tant, s’ha de dissenyar un nou esquema de modulació per poder establir la comunicació. Aquesta tesi aplica els sondejos de banda estreta i banda ampla per a l'estudi de la variabilitat del canal, aplicant-los a la campanya 2013-2014 i obtenint els resultats d’aquesta per mantenir la sèrie històrica. Per a la proposta de capa física, s'han estudiat tècniques de modulació multi-carrier i d’espectre eixamplat, a partir de resultats previs, i s’analitzen i proven diverses tècniques de single carrier. Finalment, s’han definit dos propostes de trama de capa física per utilitzar-les en condicions de canal pobre (HRM - High Robustness Mode) i moderado (HTM - High Throughput Mode). / La comunicación por rebote ionosférico en la banda de HF se presenta como un buen candidato en el establecimiento de llamadas y transmisión de datos en aplicaciones militares, países en vías de desarrollo, catástrofes naturales o como sistema de backup gracias a la sencillez del despliegue del sistema y al bajo coste que supone. Los estándares actuales de comunicaciones HF definen bit rates entre 75 y 12.800 bps, dependiendo de las condiciones del canal, empleando un ancho de banda de 3 kHz. Los últimos avances incluyen funcionalidades de Automatic Link Establishment (ALE) y Automatic Repeat Request (ARQ), permitiendo establecer el enlace de comunicación y solicitando la retransmisión de datos cuando un paquete se haya perdido de manera automática, sin la necesidad de que el usuario sea un técnico experto. En este proyecto se han definido dos objetivos científicos: i) estudiar la variabilidad de este canal ionosférico HF durante un ciclo solar completo y ii) proponer una nueva capa física adaptada a este canal. Esta tecnología se emplea como sistema de transmisión de los datos de los sensores instalados en la Antarctic Station Juan Carlos I (ASJI) por la comunidad científica desplazada a la isla y Cambrils (España), estableciendo un radio enlace unidireccional de 12.760km. El sistema implementado es de muy baja potencia, 200 W, empleando un sencillo monopolo en transmisión debido a las restricciones medioambientales impuestas por el tratado antártico. Se han revisado los distintos estándares de HF para poder desplegar este radio-enlace, sin embargo, ninguno de ellos cumple con los bajos niveles de SNR observados. Por lo tanto, se debe diseñar un nuevo esquema de modulación para poder establecer la comunicación. Esta tesis aplica los sondeos de banda estrecha y banda ancha para el estudio de la variabilidad del canal, aplicándolos a la campaña 2013-2014 y obteniendo los resultados de ésta para mantener la serie histórica. Para la propuesta de capa física, se estudian técnicas de modulación multi-carrier y de espectro ensanchado, a partir de resultados previos, y se analizan y prueban diversas técnicas de single carrier. Finalmente, se han definido dos propuestas de trama de capa física para emplear en condiciones de canal pobre (HRM - High Robustness Mode) y moderado (HTM - High Throughput Mode). / Ionospheric communication in the HF band is presented as a candidate in call establishment and data transmission in military applications, developing countries and natural disasters, or as a backup system due to the simplicity of the system deployment and the low cost involved. Current HF communications standards define bit rates between 75 and 12,800 bps, depending on channel conditions, using a bandwidth of 3 kHz. Recent advances include Automatic Link Establishment (ALE) and Automatic Repeat Request (ARQ) features, allowing establishing the communication link and requesting retransmission of data automatically when a packet is lost, without expert technical requirements. In this project, we have defined two scientific objectives: i) to study the variability of the ionospheric HF channel during a complete solar cycle, and ii) propose a new physical layer adapted to this channel performance. This technology is used by the scientific community in the island as a data transmission system from the sensors installed in the Antarctic Station Juan Carlos I (ASJI) to Cambrils (Spain). Establishing a unidirectional link of 12.760 km. The implemented system has low power transmission requirements, 200 W, and uses a simple monopole due to environmental restrictions imposed by the Antarctic Treaty. We reviewed the various standards to deploy this HF radio link, however, none of them meet the low SNR observed in the channel. Therefore, we must design a new modulation scheme to establish a communication channel between Antarctica and Spain. This thesis applies narrowband and wideband sounding to study the variability of the channel performance. Both techniques have been applied to the 2013-2014 campaign data obtaining the results to maintain the historical series. To propose the physical layer, multi-carrier and spread spectrum modulation techniques had been previously studied, and new single carrier techniques has been analyzed and tested. Finally, two physical layer proposals have been defined to be used with poor channel conditions (HRM - High Robustness Mode) and moderate channel conditions (HTM - High Throughput Mode).

La determinación de las tensiones a las que están sometidos los engranajes es una parte importante del proceso de cálculo de la capacidad de carga de una transmisión de engranajes, que se realiza habitualmente mediante métodos analíticos, semianalíticos o numéricos. Para que estos métodos proporcionen resultados precisos, es importante que se apliquen bajo escenarios tan realistas como sea posible. No obstante, las limitaciones de estos métodos, que pueden estar impuestas por sus hipótesis de cálculo o por su coste computacional, hacen que en ocasiones se desprecien algunos efectos que pueden tener cierta influencia sobre el estado tensional de la transmisión. Entre estos efectos, uno de especial relevancia es la desalineación de los engranajes producida por la deformación bajo carga de los ejes que los soportan. En este trabajo, se han estudiado las limitaciones de los métodos analíticos, semianalíticos y numéricos utilizados habitualmente para la determinación del estado tensional de transmisiones de engranajes de ejes paralelos, y se han propuesto nuevos métodos de cálculo, o modificaciones de los existentes, para vencer estas limitaciones y tener en cuenta el comportamiento elástico de los ejes en el cálculo de las tensiones a las que están sometidos los engranajes. Posteriormente, haciendo uso de los métodos propuestos, se ha propuesto un nuevo procedimiento de modificación de la geometría de los dientes de los engranajes, que permite compensar los efectos negativos de la desalineación del engrane.

Normally, there are in use certain technologies of reduction of noise named passive, in the cancellation of the noise produced by industrial machinery. These technologies can be applied directly on the source (use of absorbers, mufflers and closings), in the way of transmission (as isolations, acoustic barriers, materials of absorption and acoustic sounders), or in the recipient (as the acoustic conditioning of locals or ear protective ). In this thesis, there is applied a technology different from that of passive type, named active control of noise, centring his use on the field of the industrial machinery.The active control is based on the attenuation or elimination of a acoustic wave by destructive interference. Though nowadays the active control of noise is in use commercial in some applications like air ducts, elements of auditory personal protection, cabins of planes ¿, it is occasionally used in industrial buildings, where the machines are in the habit of issuing serious and strongly tonal noise, what a priori, they are the suitable conditions for the utilization of the above mentioned control. The problem is that the industrial machinery places inside industrial buildings of big dimensions and therefore of high modal density. Normally passive technologies can be applied encasing totally the source with panels of absorbent and insulating material. But to low frequencies, to encase is not synonymous of reducing the level of noise in the exterior, since these materials in the range of low frequencies have very under performance of attenuation and enclosed to the resonance frequencies of the capsule is possible to come to increase the sonorous level in the exterior. If the active control is realized there is not obtained a global reduction (in the whole space) but punctually near the microphones of control. This doctoral thesis tries to demonstrate that, introducing a noise source in a suitable capsule is achieved to diminish the modal density of his acoustic field, and therefore, it is possible to obtain the global cancellation for active control of the noise generated by this one in an enclosure of big dimensions, where of direct form it would be totally impossible to realize it for other means. There has carried out the theoretical model of the acoustic field produced in an enclosure for an encased source and has been validated by means of level measurements of sonorous pressure in the interior and exterior of the encapsulamiento for a loudspeaker. With these equations the active control and his parameters have been studied for an ideal cancellation depending on different situations and applications. There have been realized tests of active control of an electrical encased engine, the results have been analyzed them comparing to the obtained ones with the theoretical model, a loudspeaker or the own engine without encasing, so much inside the capsule as in the exterior enclosure, corroborating the kindness of the active capsule. There has been realized a practical application of this theory in the cancellation by active control of the noise of a ventilator of a personal computer.

Departing from an emerging technology such as the spread tow thin-ply technology, in which the ply thickness can be significantly reduced, the overall purpose of this thesis is motivated by the industry need to better understand the potential benefits of thin-ply laminates in terms of delamination resistance and to propose predictive tools for their design. The first part of the thesis enhance the understanding of the damage mechanisms observed at the free-edge of thin-ply based laminate under different loading directions. The second part evaluates the capability of two current design approaches to predict the onset of free-edge delamination. Finally, a design procedure is established to search for the quasi-isotropic laminate with optimal delamination resistance under off-axis loads. The results of this thesis demonstrate the advantages of thin plies in delaying, or even suppressing the onset of damage mechanisms over standard ply laminates. / Partint d'una tecnologia emergent com la dispersió de fibres (en anglès, spread tow technology), en la qual el gruix de capa pot ser significativament reduït, la motivació per dur a terme aquesta tesi prové del desig, per part de la indústria, de comprendre millor els beneficis dels laminats de capes primes en termes de resistència a la delaminació i proposar eines de predicció per al seu disseny. La primera part d'aquesta tesi té com objectiu entendre millor els mecanismes de dany a la vora lliure d'un laminat de capes primes sotmès a diferents direccions de càrrega. La segona part consisteix en avaluar dos procediments actuals per la predicció de la delaminació per efecte de vora. Finalment, es proposa una metodologia per obtenir laminats quasi-isòtrops amb una resistència a la delaminació òptima. Els resultats d'aquesta tesi demostren els avantatges de l'ús de capes primes per retardar, o fins i tot suprimir la iniciació dels mecanismes de dany respecte els laminats de capes estàndard.

The rapid expansion of mobile services and the emerging demand for multimedia applications have led to an impressive traffic growth. To this end, Mobile Network Operators (MNOs) seek to extend their infrastructure by installing more Base Stations (BSs), in an effort to increase the network capacity and meet the pressing traffic demands. Furthermore, to fulfill the escalated demands, Heterogeneous Networks (HetNets), which consist of Small Cells (SCs) and the traditional BSs, constitute the new trend of next generation networks. The deployed infrastructure implies a rise in the Capital Expenditures and has a direct impact on the network energy consumption, thus resulting in higher Operational Expenditures. Hence, the investigation of energy efficient solutions will bring down the energy consumption and the network cost. Since the BS is the most power hungry component, the research community has shifted towards the investigation of BS deactivation schemes. These schemes propose that part of the infrastructure can be temporarily switched off, when the traffic is low, while the active BSs extend their coverage to serve the network. Based on a comprehensive review of the state-of-the-art, a set of research opportunities were identified. This thesis provides contributions to the field of BS switching off strategies for wireless macro BSs networks and HetNets of single and multiple MNOs by proposing mechanisms that enhance different aspects of the network performance. The BSs deactivation, the innovative trend of infrastructure sharing and the financially driven collaboration among the involved parties of the current and future networks promise significant improvements in terms of energy and cost savings. The main thesis contributions are divided into three parts, described next. The first part of the thesis introduces innovative BS switching off approaches in single-operator environments, where only macro BSs are deployed. The proposed strategies exploit the inherit characteristics of the traffic load pattern (e.g., distribution of the users, traffic volume, etc.) and the distinctive features of the wireless cellular networks (e.g., BSs position, topology, etc.). Theoretical analysis and computer-based simulations show the performance improvement offered by the switching off strategies with respect to energy efficiency. The second part of the thesis explores a different challenge in network planning. The coexistence of multiple MNOs in the same geographical area has motivated a new business model, known as infrastructure sharing. A roaming-based deactivation scheme is proposed, by taking into account the rationality and the conflicting interests of the MNOs. The proposed game theoretic framework enables the MNOs to take individual switching off decisions, thus bypassing potential complicated agreements. The theoretical and simulation results show that our proposal significantly improves the energy efficiency, guaranteeing at the same time the throughput in realistic scenarios. Moreover, the proposed scheme provides higher cost efficiency and fairness compared to the state-of-the-art algorithms, motivating the MNOs to adopt game theoretic strategies. The third part of the thesis focuses on the exploitation of HetNets and the proposal of energy and cost effective strategies in SC networks with multiple MNOs. We effectively address the cost sharing by proposing accurate cost models for the SCs to share the network cost. Taking into account the impact of the traffic on the cost, we propose novel cost sharing policies that provide a fair outcome. In continuation, innovative auction-based schemes within multiobjective optimization framework are introduced for data offloading from the BSs, owned by the MNOs, to the third-party SC networks. The proposed solution captures the conflicting interests of the MNOs and the third-party companies and the obtained results show that the benefit of proposing switching off approaches for HetNets. / La rápida expansión de los servicios móviles y de la demanda emergente de aplicaciones multimedia han dado lugar a un impresionante crecimiento del tráfico. Operadores de redes móviles (MNOs) tratará de extender su infraestructura mediante la instalación de más estaciones base (BSs), en un esfuerzo por aumentar la capacidad de la red y satisfacer las apremiantes demandas de tráfico. Además, para cumplir con las exigencias escalada, redes heterogéneas (HetNets), constituyen la nueva tendencia de las redes de próxima generación. La infraestructura implica un aumento en los gastos de capital y tiene un impacto directo en el consumo de energía a la red, lo que resulta en un aumento de los gastos operacionales. La investigación de soluciones de eficiencia energética hará bajar el consumo de energía y el coste de la red. La comunidad científica se ha desplazado hacia la investigación de los sistemas de desactivación de BSs. Estos esquemas proponen que parte de la infraestructura se puede cdesectivarse, cuando el tráfico es bajo, mientras que los BSs activas extender su cobertura al servicio de la red. Esta tesis ofrece contribuciones al campo de la BSs desconexión para las redes y HetNets con uno o multiples MNOs, proponiendo mecanismos que mejoran diferentes aspectos del rendimiento de la red. La desactivación de BS,s la tendencia innovadora de compartir infraestructura y la colaboración impulsada financieramente entre las partes implicadas de las redes actuales y futuras prometen mejoras significativas en términos de ahorro energético y económico. Las principales contribuciones de tesis se dividen en tres partes, que se describen a continuación. La primera parte de la tesis introduce innovadora apagar enfoques en entornos de un solo operador, donde se despliegan sólo macro BSs. Las estrategias propuestas explotan las características de tráfico (por ejemplo, la distribución de los usuarios, el volumen de tráfico, etc.) y las características distintivas de las redes (por ejemplo, la posición BS, topología, etc.). Análisis teórico y simulaciones muestran la mejora del rendimiento ofrecido por las estrategias de conmutación con respecto a la eficiencia energética. La segunda parte de la tesis explora un reto diferente en la planificación de la red. La coexistencia de múltiples operadores en la misma zona geográfica ha motivado un nuevo modelo de negocio, conocida como la compartición de infraestructura. Se propone un esquema de desactivación basada en itinerancia, teniendo en cuenta la racionalidad y los intereses en conflicto de los operadores de redes móviles. Los resultados teóricos y de simulación muestran que nuestra propuesta mejora significativamente la eficiencia energética, garantizando al mismo tiempo el rendimiento en escenarios realistas. Por otra parte, el esquema propuesto proporciona una mayor eficiencia de costes y la equidad en comparación con los algoritmos del estado de la técnica, motivar al mnos de adoptar estrategias de teoría de juegos. La tercera parte de la tesis se centra en la explotación de HetNets y la propuesta de estrategias eficaces de energía y costes en las redes con múltiples operadores. Nos dirigimos efectivamente la participación en los costos, proponiendo modelos de costos precisos para para compartir el costo de la red. Teniendo en cuenta el impacto del tráfico en el coste, proponemos políticas costos compartidos novedosas que proporcionan un resultado justo. En la continuación, los esquemas basados en subastas innovadoras dentro de marco de optimización multiobjetivo se introducen los datos que descargan de la BS. La solución propuesta recoge los intereses en conflicto de los operadores de redes móviles y las compañías de terceros y los resultados obtenidos muestran que el beneficio de proponer la desconexión se acerca para HetNets

There is a lack on ocean dynamics understanding, and that lead oceanographers to the need of acquiring more reliable data to study ocean characteristics. Oceanographic measurements are difficult and expensive but essential for effective study oceanic and atmospheric systems. Despite rapid advances in ocean sampling capabilities, the number of disciplinary variables that are necessary to solve oceanographic problems are large. In addition, the time scales of important processes span over ten orders of magnitude, and due to technology limitations, there are important spectral gaps in the sampling methods obtained in the last decades. Thus, the main limitation to understand these dynamics is an inaccurate measurement of the process due to undersampling. But fortunately, recent advances in ocean platforms and in situ autonomous sampling systems and satellite sensors are enabling unprecedented rates of data acquisition as well as the expansion of temporal and spatial coverage. Many advances in technologies involving different areas such as computing, nanotechnology, robotics, molecular biology, etc. are being developed. There exist the effort that these advantages could be applied to ocean sciences and will prove to extremely beneficial for oceanographers in the next few decades. Autonomous underwater vehicles, in situ automatic sampling devices, high spectral resolution optical and chemical sensors are some of the new advances that are being utilized by a limited number of oceanographers, and in a few years are expected to be widely used. Thanks to new technologies and, for instance, utilization of data assimilation models coupled with autonomous sampling platforms can increase temporal and spatial sampling capabilities. For instance, studies of phytoplankton dynamics in the water column, or the transportation and aggregation of organisms need a high rate of sampling because of their rapid evolution, that is why new strategies and technologies to increase sampling rate and coverage would be really useful. However, other challenges come up when increasing the variety and quantity of ocean measurements. For instance, number of measurements are limited by costs of instruments and their deployment, as well as data processing and production of useful data products and visualizations. In some studies, there exists the necessity to discriminate and detect different phytoplankton species present in sea water, and even track their evolution. The use of their optical properties is one of the approximations used by some of them. Acquiring optical properties is a non-invasive and non-destructive method to study phytoplankton communities. Phytoplankton species are then organized thanks to presenting similar optical characteristics. Fluorescence spectroscopy has been used and found as a really potential technique for this goal, although passive optical techniques such as the study of the absorption can be also useful, or even their combination can be studied. Specifically speaking about fluorescence, the majority of the studies have centered their effort in discriminating phytoplankton groups using their excitation spectra because the emission spectra contains less information. The inconvenient of using this kind of information, is that the acquisition is not instantaneous and it is necessary to spend some time (over a second) exciting the sample at different wavelengths sequentially. In contrast, the whole emission spectra can be acquired instantaneously. Therefore, the aim of this thesis is to explore new and powerful signal processing techniques able to discriminate between different phytoplankton groups from their emission fluorescence spectra. This document presents important results that demonstrate the capabilities of these methods. / Existe una falta de conocimiento sobre las dinámicas de los océanos, lo que lleva a los oceanógrafos a la necesidad de adquirir datos fiables para estudiar las características de los océanos. Los datos oceanográficos son difíciles y costosos de adquirir, pero esenciales para estudiar de manera efectiva los sistemas oceánicos i atmosféricos. A causa de los rápidos avances para muestrear este medio tan hostil, es necesario que diversas disciplinas trabajen juntas para solucionar el gran número de problemáticas que se pueden encontrar. Además, los procesos que se tienen que estudiar pueden perdurar hasta diez órdenes de magnitud, y por culpa de las limitaciones tecnológicas existen importantes faltas en los métodos que se llevan utilizando en las últimas décadas. Por eso, la principal limitación para entender estas dinámicas es la imposibilidad de medir procesos correctamente como consecuencia de la baja frecuencia de muestreo. Por suerte, los recientes avances en plataformas oceánicas y sistemas de muestreo autónomos, junto con datos de satélite, están mejorando estas frecuencias de adquisición, i en consecuencia aumentando la cobertura temporal y espacial de estos procesos. Actualmente hay disciplinas como la computación, nanotecnología, robótica, biología molecular, etc. que están protagonizando unos avances tecnológicos sin precedentes. La intención es aprovechar este esfuerzo y aplicarlo en oceanografía. Vehículos autónomos bajo el agua, sistemas automáticos de muestreo, sensores ópticos o químicos de alta resolución son algunas de las tecnologías que se empiezan a utilizar, pero que por culpa de su coste todavía no están extendidas y se espera que lo puedan estar en los próximos años. Gracias a algunas de estas tecnologías, como por ejemplo la utilización de modelos de asimilación de datos conjuntamente con plataformas autónomas de muestreo, se puede incrementas la capacidad de muestreo, tanto temporal como espacial. Un ejemplo claro de aplicación es el estudio de las dinámicas del fitoplancton, así como el transporte de organismos dentro de la columna de agua. No obstante, no todos los aspectos son positivos, otros retos surgen al aumentar la variedad y cantidad de datos oceanográficos. El número de datos queda limitado por el coste de los instrumentos y las campañas. Además, es necesario estudiar nuevos sistemas para procesar y extraer información útil de estos datos, puesto que los métodos conocidos hasta el momento quizá no son los más adecuados. La detección y discriminación de diferentes especies de fitoplancton en el mar es muy importante en ciertos estudios científicos. Algunos de estos estudios se basan en extraer información de sus propiedades ópticas, ya que es un método no invasivo ni destructivo. Espectroscopia a partir de la respuesta de fluorescencia del fitoplancton se utiliza en muchos experimentos y se ha demostrado que es una técnica con gran potencial, aunque el estudio de los espectros de absorción u otras técnicas basadas en métodos pasivos también se pueden utilizar. En el caso de la fluorescencia, la mayoría de los estudios se han centrado en discriminar grupos de fitoplancton a partir de los espectros de excitación, porque los espectros de emisión contienen menos información. La desventaja es que el tiempo necesario para adquirir una muestra puede estar entorno al segundo, porque se necesita estimular la muestra a diferentes longitudes de onda secuencialmente. En el caso de los espectros de emisión, con los avances actuales en sensores ópticos, las respuestas espectrales pueden ser adquiridas casi instantáneamente. Por este motivo, el objetivo principal de esta tesis es explorar nuevas tecnologías de procesado capaces de discriminar diferentes grupos de fitoplancton a partir de sus espectros de emisión de fluorescencia. Este documento presenta importantes resultados que demuestran la capacidad de discriminación de este tipo de información en combinación con las técnicas de procesado adecuadas.

Virtualization is defined as the process consisting of building a virtual resource on top of one or several physical resources, depending on the selected paradigm: aggregation or partitioning. From the net- working perspective, over the recent years virtualization became a hot topic in networking research, although the term is not new, neither for networking nor for Information Technology (IT). In virtualization environments, the most significant challenge to be addressed is the virtual infrastructure allocation or embedding one. The problem appears over any networking technology, from wired to wireless domains, including converged physical infrastructures as well as coupled IT and networking infrastructures. This problem has re-gained importance in the last years due to the emergence of novel software- based abstractions, which provide fully-operational interfaces on top of those virtual resources, enabling the emergence of novel business models. The election of the physical resources upon which the virtual infrastructure will be instantiated becomes fundamental for the virtual infrastructure operation in those virtualized environments, i.e. the election of the physical resources over which the virtual ones will be allocated. In fact, the virtual infrastructure allocation system might be seen as a policy-based system, where, based on the physical infrastructure available, and the set of requests, it will create different virtual infrastructures as a function of the policy, which will indicate the metric to optimize when creating those Virtual Infrastructures (VIs). For example, the infrastructure provider, who is responsible for leasing those virtual infrastructures, may want to optimize the economical cost of the different instantiated virtual slices, or even the overall energy consumption of the slices. The problem acquires different dimensions when considering heterogeneous resources (e.g. optical network resources and wireless resources) in order to create cross-domain virtual infrastructures; or when it includes IT resources connected at the edges of the different network domains. The first part of the thesis provides an insight on the problem, and different contributions on the algorithms utilized in order to solve the problem. It considers different optical substrate technologies, wireless and wired resources, and it tries to optimize either the total number of virtual infrastructures to be created or either the energy consumed by the resources. Furthermore, the work proposed in the second part of the dissertation includes a dynamic re-planning approach, which is responsible of dynamically updating already provisioned virtual infrastructures in order to adapt them to the Cloud-based services. Those services are unpredictable; basically, information regarding the volume and type of service requests is not precisely available in advance of the requests to the VI providers. Cloud services can scale up and down on demand. Therefore, that dynamic adaptation of the infrastructure to the elasticity of the Cloud services requires constant changes. Dynamic re-planning becomes fundamental for virtual infrastructures supporting cloud-based services. Virtualization can be indistinctly applied to IT servers, network re- sources, and even network functions. The last part of the work de- fines the additional scheduling problem, specific for Network Function Virtualization (NFV), which is complementary to the allocation or embedding. NFV aims at decoupling the network functions from the actual hardware where they are executed. Thus, most of the network functions will run on standard virtualized servers by means of soft- ware, which is expected to significantly reduce capital expenditures, while at the same time the software automation reduces operational expenditures. The solution for the scheduling aims at minimizing the total execution time for chains of network services running over IT infrastructures. / La virtualización se define como el proceso consistente en la construcción de recursos lógicos o virtuales sobre uno o varios elementos físicos, dependiente del paradigma seleccionado: agregación o partición. Desde la perspectiva de la red, en los últimos años la virtualización se ha convertido en un tema recurrente, aunque el término virtualización no sea algo nuevo en entornos de red y entornos IT. El problema más significativo a resolver, aunque no el único, en entornos donde se considera la virtualización es el problema de asignación de recursos virtuales sobre los físicos, esto es, decidir qué recursos de la capa física se asignan a las distintas peticiones de infraestructuras virtuales. El problema aparece sobre distintas tecnologías de red, desde redes fijas hasta redes de acceso sin cable, incluyendo dominios integrados acceso metro, y recursos de computación y almacenamiento integrados con la red. El problema ha vuelto a actualizarse y ganar más importancia aún en los últimos años con la aparición de nuevas abstracciones basadas en software, las cuáles proveen interfaces completamente operables sobre los recursos virtuales, al mismo tiempo que se habilitan nuevos modelos de negocio.Por lo tanto, la selección de los recursos físicos sobre los que se construirán e instanciarán las infraestructuras virtuales se convierte en un elemento fundamental para la operación efectiva y eficiente en entornos virtualizados. De hecho, el sistema de virtualización se puede entender cómo un sistema basado en políticas, en el cuál, a partir de una descripción de la infraestructura física y un conjunto de peticiones de infraestructuras virtuales, se crearán diferentes infraestructuras virtuales en función de la política, que en esencia indicará la métrica a ser optimizada en el sistema cuándo se crean las distintas infraestructuras virtuales. Además del análisis del estado del arte del problema de la virtualización, centrado en redes ópticas y entornos donde los recursos IT se encuentran integrados con los recursos de red, la primera parte de las actividades de la tesis se centra en distintas contribuciones en el entorno de la virtualización de red. En ellas se analiza desde el impacto de las distintas tecnologías físicas consideradas en el problema, hasta la posibilidad de pre-procesar las diferentes demandas con el fin de mejorar el rendimiento en función de la política considerada para la virtualización. La primera parte considera los problemas de tipo offline, en los cuáles se consideran conocidas todas las demandas desde un principio. Por otro lado, la segunda parte de las actividades se centran en afrontar el problema online, en el cuál las peticiones no son conocidas de antemano. En este sentido, se ha propuesto un sistema de re-planificación dinámica de las infraestructuras virtualizadas, el cuál es responsable directo de actualizar los recursos de las mismas con tal de adaptarlas a los servicios cloud. Estos servicios son impredecibles, tanto en volumen como en tipo de servicio, además de la flexibilidad y elasticidad que les permite escalar constantemente en recursos. Como consecuencia, el sistema de re-planificación se convierte en fundamental para la eficiente creación y operación de las infraestructuras virtuales. Finalmente, la última propuesta de las actividades enmarcadas dentro de la tesis doctoral abren la puerta a la definición de un nuevo problema relacionado con la virtualización: virtualización de funciones específicas de red. Se presenta un sistema de gestión y orquestración que incluye la solución de scheduling para distintas funciones de red virtualizadas, el cuál tiene por objetivo minimizar el tiempo de ejecución total de las distintas cadenas de servicio.

Los metamateriales (MTMs) representan una interesante área de investigación emergente que promete lograr un importante progreso tecnológico y científico en diversas áreas como las telecomunicaciones, la microelectrónica, radar, e imágenes médicas. La cantidad de artículos dedicados a la investigación en esta área (MTMs) se mantiene en pleno crecimiento en la actualidad. Las estructuras MTMs pueden sostener una fuerte resonancia electromagnética con longitudes de onda electricamente pequeñas y por lo tanto son potencialmente aplicables para la miniaturización de los componentes. La miniaturización, optimización del rendimiento del dispositivo mediante la eliminación de frecuencias espurias, y la posibilidad de controlar el ancho de banda del filtro para amplios márgenes de frecuencias es un reto para los presentes y futuros dispositivos de comunicación. Esta tesis se focaliza en el estudio de ambos temas (MTMs y miniaturización) centrándose en las nuevas estrategias para la miniaturización de componentes basados en MTMs. Desde la aparición de estos, los resonadores dieléctricos (DR) son un nuevo tipo de MTMs distinguidos por sus pequeñas pérdidas, así como su fácil combinación con estructuras externas; son la elección adecuada para todo proceso de desarrollo. La principal ventaja de utilizar una alta constante dieléctrica como DR es miniaturizar el tamaño del filtro. El tamaño del filtro de DR es considerablemente menor que la dimensión de la guía de ondas de otros filtros que operan a la misma frecuencia. Dada una constante dieléctrica, tanto la frecuencia de resonancia como el factor de calidad Q se definen a partir de las dimensiones del resonador dieléctrico. Cuanto mayor es la constante dieléctrica, menor es el espacio en el que se concentran los campos, y por lo tanto las dimensiones necesarias para trabajar a una frecuencia de operación definida quedan reducidas. Con el objetivo de miniaturizar las dimensiones del dispositivo, en este trabajo se propone un nuevo diseño para un filtro rechaza banda basado en la alta constante dieléctrica que proporciona una fina capa de pasta epoxy (TFDR) como material DRs excitado a través de una línea microstrip. Además, se propone un filtro pasa banda diseñado en base a los resonadores dieléctricos incrustados (EDR), esto constituye un nuevo enfoque en el campo de los resonadores miniaturizados adaptado a los metamateriales, logrando evitar la degradación del factor Q inherente al coeficiente de acoplamiento basado en partículas eléctricamente pequeñas. En esta tesis se propone también un nuevo filtro pasa de banda basado en resonadores de anillo dividido (SRRs), que es uno de los bloques de construcción MTMs más popular hoy en día. Los filtros de paso de banda basados en este concepto resultan prometedores para las aplicaciones donde la miniaturización y la compatibilidad con la tecnología de ondas planares milimétricas son los requisitos críticos del diseño. Además, para mayor miniaturización, tecnología DR de incrustado es reportada. Otro enfoque para la reducción de tamaño se basa en modificar el resonador tradicional para generar modos adicionales, los cuales hacen que el resonador se comporte como un resonador multimodal. Por último, se propone un filtro compacto paso banda de banda ultra ancha (UWB) utilizando un resonador de anillo abierto conectado a tierra empleado como un resonador multimodal (MMR). Esta propuesta permite utilizar cinco resonancias para producir un ancho de banda fraccional del 128% dentro de la banda ultra ancha. Para demostrar y validar la funcionalidad de los diseños, todos los dispositivos propuestos se han implementado y fabricado, con una excelente concordancia entre las simulaciones y las medidas experimentales. A través de estos métodos ha quedado demostrado que los modelos de sus circuitos equivalentes proporcionan una descripción precisa del comportamiento de las estructuras. En este trabajo se ha conseguido relacionar una relación directa entre las dimensiones físicas del dispositivo y su modelo equivalente eléctrico en forma de circuito. / Metamaterials (MTMs) represent an exciting emerging research area that promises to bring about important technological and scientific advancement in various areas such as telecommunication, radar, microelectronic, and medical imaging. The amount of research on this MTMs area has grown extremely quickly in this time. MTM structure are able to sustain strong sub-wavelength electromagnetic resonance and thus potentially applicable for component miniaturization. Miniaturization, optimization of device performance through elimination of spurious frequencies, and possibility to control filter bandwidth over wide margins are challenges of present and future communication devices. This thesis is focused on the study of both interesting subject (MTMs and miniaturization) which is new miniaturization strategies for MTMs component. Since, the dielectric resonators (DR) are new type of MTMs distinguished by small dissipative losses as well as convenient conjugation with external structures; they are suitable choice for development process. The primary advantage in using a high dielectric constant as a DR is to miniaturize the filter size. The size of DR filter is considerably smaller than the dimension of waveguide filters operate at the same frequency. For a given dielectric constant, both resonant frequency and Q-factor are defined according to the dielectric resonator dimensions. That, the higher the dielectric constant, the smaller the space within which the fields are concentrated, the lower the dimension at a defined frequency. To obtain the required compact sizes new stop-band filter is proposed in this work based on number of thick film high dielectric constant epoxy paste (TFDR) as DRs which excited with a microstrip line. In addition, a band-pass filter is proposed based on embedded dielectric resonators (EDR) constitutes a new approach to the miniaturized resonators suitable for metamaterials design without the Q degradation inherent to the coupling coefficient based on sub-wavelength particles. Also this thesis is proposed a new band-pass filter based on split ring resonators (SRRs), which is a one of the popular MTMs building blocks today. The band-pass filters based on this concept can be very promising for the applications where miniaturization and compatibility with planar millimeter wave technology are the important issues. Also, for further miniaturization, embedded DR technology is reported. Another approach for size reduction is modifying the traditional resonator to generate additional modes, which make the resonator to behave as a multimode resonator. Finally a compact ultra-wide band-pass (UWB) band-pass filter using grounded open ring resonator as a multimode resonator (MMR) is proposed. The approach allows using five resonances to produce a 128% fractional bandwidth into the ultra-wide band. A general theoretic framework has been established using transmission matrix description of the filter constituent components. To demonstrate and validate designs functionality, all the proposed devices are implemented and fabricated, which a good agreement between simulations and measurement are obtained. Through these methods it is demonstrated that their equivalent circuit models provide an accurate description of the considered structures. Indeed, a clear relationship between their equivalents circuit model and the layout physical dimensions were found.

La integració de transceptors per comunicacions de radiofreqüència en CMOS pot quedar seriosament limitada per la interacció entre els seus blocs, arribant a desaconsellar la utilització de un únic dau de silici. El soroll d’alta freqüència generat per certs blocs, com l’amplificador de potencia, pot viatjar pel substrat i amenaçar el correcte funcionament de l’oscil·lador local. Trobem tres raons importants que mostren aquest risc d’interacció entre blocs i que justifiquen la necessitat d’un estudi profund per minimitzar-lo. Les característiques del substrat fan que el soroll d’alta freqüència es propagui m’és fàcilment que el de baixa freqüència. Per altra banda, les estructures de protecció perden eficiència a mesura que la freqüència augmenta. Finalment, el soroll d’alta freqüència que arriba a l’oscil·lador degrada al seu correcte comportament. El propòsit d’aquesta tesis és analitzar en profunditat la interacció entre el soroll d’alta freqüència que es propaga pel substrat i l’oscil·lador amb l’objectiu de poder predir, mitjançant un model, l’efecte que aquest soroll pot tenir sobre el correcte funcionament de l’oscil·lador. Es volen proporcionar diverses guies i normes a seguir que permeti als dissenyadors augmentar la robustesa dels oscil·ladors al soroll d’alta freqüència que viatja pel substrat. La investigació de l’efecte del soroll de substrat en oscil·ladors s’ha iniciat des d’un punt de vista empíric, per una banda, analitzant la propagació de senyals a través del substrat i avaluant l’eficiència d’estructures per bloquejar aquesta propagació, i per altra, determinant l’efecte d’un to present en el substrat en un oscil·lador. Aquesta investigació ha mostrat que la injecció d’un to d’alta freqüència en el substrat es pot propagar fins arribar a l’oscil·lador i que, a causa del ’pulling’ de freqüència, pot modular en freqüència la sortida de l’oscil·lador. A partir dels resultats de l’anàlisi empíric s’ha aportat un model matemàtic que permet predir l’efecte del soroll en l’oscil·lador. Aquest model té el principal avantatge en el fet de que està basat en paràmetres físics de l’oscil·lador o del soroll, permetent determinar les mesures que un dissenyador pot prendre per augmentar la robustesa de l’oscil·lador així com les conseqüències que aquestes mesures tenen sobre el seu funcionament global (trade-offs). El model ha estat comparat tant amb simulacions com amb mesures reals demostrant ser molt precís a l’hora de predir l’efecte del soroll de substrat. La utilitat del model com a eina de disseny s’ha demostrat en dos estudis. Primerament, les conclusions del model han estat aplicades en el procés de disseny d’un oscil·lador d’ultra baix consum a 2.5GHz, aconseguint un oscil·lador robust al soroll de substrat d’alta freqüència i amb característiques totalment compatibles amb els principals estàndards de comunicació en aquesta banda. Finalment, el model s’ha utilitzat com a eina d’anàlisi per avaluar la causa de les diferències, en termes de robustesa a soroll de substrat, mesurades en dos oscil·ladors a 60GHz amb dues diferents estratègies d’apantallament de l’inductor del tanc de ressonant, flotant en un cas i connectat a terra en l’altre. El model ha mostrat que les diferències en robustesa són causades per la millora en el factor de qualitat i en l’amplitud d’oscil·lació i no per un augment en l’aïllament entre tanc i substrat. Per altra banda, el model ha demostrat ser vàlid i molt precís inclús en aquest rang de freqüència tan extrem. el principal avantatge en el fet de que està basat en paràmetres físics de l’oscil·lador o del soroll, permetent determinar les mesures que un dissenyador pot prendre per augmentar la robustesa de l’oscil·lador així com les conseqüències que aquestes mesures tenen sobre el seu funcionament global (trade-offs). El model ha estat comparat tant amb simulacions com amb mesures reals demostrant ser molt precís a l’hora de predir l’efecte del soroll de substrat. La utilitat del model com a eina de disseny s’ha demostrat en dos estudis. Primerament, les conclusions del model han estat aplicades en el procés de disseny d’un oscil·lador d’ultra baix consum a 2.5GHz, aconseguint un oscil·lador robust al soroll de substrat d’alta freqüència i amb característiques totalment compatibles amb els principals estàndards de comunicació en aquesta banda. Finalment, el model s’ha utilitzat com a eina d’anàlisi per avaluar la causa de les diferències, en termes de robustesa a soroll de substrat, mesurades en dos oscil·ladors a 60GHz amb dues diferents estratègies d’apantallament de l’inductor del tanc de ressonant, flotant en un cas i connectat a terra en l’altre. El model ha mostrat que les diferències en robustesa són causades per la millora en el factor de qualitat i en l’amplitud d’oscil·lació i no per un augment en l’aïllament entre tanc i substrat. Per altra banda, el model ha demostrat ser vàlid i molt precís inclús en aquest rang de freqüència tan extrem. / The integration of transceivers for RF communication in CMOS can be seriously limited by the interaction between their blocks, even advising against using a single silicon die. The high frequency noise generated by some of the blocks, like the power amplifier, can travel through the substrate, reaching the local oscillator and threatening its correct performance. Three important reasons can be stated that show the risk of the single die integration. Noise propagation is easier the higher the frequency. Moreover, the protection structures lose efficiency as the noise frequency increases. Finally, the high frequency noise that reaches the local oscillator degrades its performance. The purpose of this thesis is to deeply analyze the interaction between the high frequency substrate noise and the oscillator with the objective of being able to predict, thanks to a model, the effect that this noise may have over the correct behavior of the oscillator. We want to provide some guidelines to the designers to allow them to increase the robustness of the oscillator to high frequency substrate noise. The investigation of the effect of the high frequency substrate noise on oscillators has started from an empirical point of view, on one hand, analyzing the noise propagation through the substrate and evaluating the efficiency of some structures to block this propagation, and on the other hand, determining the effect on an oscillator of a high frequency noise tone present in the substrate. This investigation has shown that the injection of a high frequency tone in the substrate can reach the oscillator and, due to a frequency pulling effect, it can modulate in frequency the output of the oscillator. Based on the results obtained during the empirical analysis, a mathematical model to predict the effect of the substrate noise on the oscillator has been provided. The main advantage of this model is the fact that it is based on physical parameters of the oscillator and of the noise, allowing to determine the measures that a designer can take to increase the robustness of the oscillator as well as the consequences (trade-offs) that these measures have over its global performance. This model has been compared against both, simulations and real measurements, showing a very high accuracy to predict the effect of the high frequency substrate noise. The usefulness of the presented model as a design tool has been demonstrated in two case studies. Firstly, the conclusions obtained from the model have been applied in the design of an ultra low power consumption 2.5 GHz oscillator robust to the high frequency substrate noise with characteristics which make it compatible with the main communication standards in this frequency band. Finally, the model has been used as an analysis tool to evaluate the cause of the differences, in terms of performance degradation due to substrate noise, measured in two 60 GHz oscillators with two different tank inductor shielding strategies, floating and grounded. The model has determined that the robustness differences are caused by the improvement in the tank quality factor and in the oscillation amplitude and no by an increased isolation between the tank and the substrate. The model has shown to be valid and very accurate even in these extreme frequency range.