In this thesis the methodology DFMA (Design for manufacturing and assembly) is applied to the efficient redesign of a bench of an industrial welded construction equipment in order to simplify the solutions and reduce costs. For this, the overall methodology DFMA was customized to the particularities of this type of structural base, although with the characteristics and stages of Concurrent Engineering. The first step of the methodology was to capture the technical functions to be performed by the bedplate, based on the analysis of an existing industrial equipment. For this, a graphic representation of captured functions could be integrated in the same CAD system that allowed synthesizing knowledge and enabling its transmission to the conceptual designers. Subsequently, in accordance with the possibilities of the layout design of the structural assembly, the optimal combination of materials and manufacturing processes for simplifying the design was determined. With this, it was proceeded to the interpretation and personalization of those guidelines aimed at manufacturing and assembly, in order to facilitate the generation of suggestions for simplifying design complexity. As a support to make a quantitative comparison between the redesigned solution and the original design, it was proposed to use a tool for assessing the complexity, which has a direct effect on production costs. To illustrate the results of the application of the methodology, it is shown a case redesign of a bedplate of a soil desintegrator for the ceramics industry to the stage of embodiment design. Finally conclusions and possible future work are presented. / En la present tesis doctoral es va aplicar la metodologia DFMA (Disseny per la fabricació i el muntatge) al redisseny eficient d'una bancada d'un equip industrial de construcció electrosoldada amb la finalitat de simplificar les solucions i abaratir els costos. Per tal efecte es va personalitzar la metodologia DFMA general per les particularitats d'aquest tipus de base estructural, encara que amb les característiques i etapes pròpies de l'Enginyeria Concurrent. El primer pas de la metodologia va consistir en capturar les funcions tècniques que havia de complir la bancada, en base a l'anàlisi d'un equip industrial existent. Per fer-ho, es va proposar una representació gràfica de funcions capturades que es poguessin integrar en el mateix sistema de disseny CAD, que sintetitzessin el coneixement i permetessin la seva transmissió als dissenyadors conceptuals. Posteriorment, d'acord amb les possibilitats del disseny de la disposició del conjunt estructural, es va determinar la combinació òptima de processos de fabricació i materials per la simplificació del disseny. Amb tot, es va procedir a la interpretació i personalització d'aquelles directrius orientades a la fabricació i el muntatge, amb l'objectiu de facilitar la generació de suggerències de simplificació de la complexitat del disseny. Com a suport per poder realitzar una comparativa quantitativa entre la solució redissenyada i la del disseny original, es va proposar utilitzar una eina d'avaluació de la complexitat, la qual té un efecte directe en els costos de producció. Amb la finalitat d'il·lustrar els resultats de l'aplicació de la metodologia, es mostra un cas de redisseny d'una bancada d'un desintegrador de terres per la industria ceràmica fins l'etapa de materialització. Per últim s'exposen les conclusions i possibles treballs futurs.

Este trabajo doctoral esta enfocado al desarrollo de un modelo físico que permita simular el comportamiento de una instalación de producción de frío por compresión de vapor, partiendo de las condiciones y requerimientos de funcionamiento. El modelo tiene un grado alto de fiabilidad y puede ser usado en la simulación del comportamiento de la instalación, y de esta manera predecir un mejor funcionamiento encaminado a la operación energéticamente eficiente del sistema u otras aplicaciones. Por lo tanto, los objetivos generales planteados en esta tesis son: desarrollo y validación del modelo físico capaz de predecir el comportamiento estacionario de la instalación, y la aplicación del modelo para la simulación energética con el fin de ayudar a encontrar las condiciones de operación que optimicen el funcionamiento energético de la instalación.

This thesis presents a study on the variation of the mechanical properties of some materials. These variations are registered for processes as bottom bending, wire drawing or round turning, which are performed under high density electropulses. This research implied the study of several issues related to the manufacturing processes and the electric pulses. For example, some isolated systems are developed for each process. This is required for protecting the monitoring devices and machinery from electric drifts. On the other hand, several electropulse generators are designed and manufactured to electrically assist the aforementioned manufacturing processes. The electrical connectors is the main technological issue in each process to ensure good electrical contact during experimentation. Once the manufacturing setup is under control, electropulses are applied on various materials whilst its physical properties are measured and recorded. In particular, the processes are achieved under different electric configurations to infer the influence of the electropulses. The obtained results show that different mechanical and manufacturing properties like elastic restoring forces, yield strength, power consumption, surface roughness and material hardness among others are modified when the manufacturing process is assisted with a pulsed electric field. Additionally, the machinability and formability is improved when the metallic material is affected by current pulses. However, it should be noted that the mechanical properties behavior under different electrical parameters, like current density, frequency discharge and pulse duration, is complex and does not follow an expected relationship. Furthermore, numerical simulation analyses is required to study and understand the complex behavior of the mechanical properties. The manufacturing process of bending, machining and drawing process was done at the Universitat Politècnica de Catalunya (Spain) in collaboration with the Northwestern University (USA), the Universidad Pontificia Universidad Católica de Chile (Chile) and the Universidad Tecnológica de Pereira (Colombia). This thesis is funded by the Ministry of Economy and Competitiveness of Spain, reference project: DPI2011-26326 (grant no. BES-2012-056760). Along the document detailed information on methodology for the aforementioned processes and some conclusions are provided / En el presente estudio se documenta la variación de las propiedades mecánicas registradas en diversos procesos de fabricación, doblado, mecanizado y trefilado, cuando estos procesos son asistidos con generadores de pulsos de alta densidad de corriente Para cada proceso de fabricación se ha realizado un utillaje específico para aislar eléctricamente la máquina de ensayo. Esto permite inducir los pulsos de corriente únicamente a través de las probetas metálicas, sin correr el riesgo de inhabilitar las máquinas de fabricación. Varios generadores de pulsos de corriente han sido diseñados y fabricados a lo largo de la tesis para asistir eléctricamente los procesos de fabricación mencionados. Para cada estudio se varía el área de contacto de los conectores eléctricos con el material para asegurar un buen contacto eléctrico durante la experimentación. La influencia de los pulsos de corriente eléctrica en los diferentes materiales manufacturados ha sido registrada y estudiada por varios equipos de medida. Además, se ha necesitado de programas de simulación numérica para estudiar y comprender el comportamiento de las propiedades mecánicas. Los resultados obtenidos en este trabajo demuestran que varias propiedades mecánicas como la recuperación elástica, esfuerzos de fluencia, potencia consumida, rugosidad superficial y dureza del material entre otras son modificadas cuando los procesos de fabricación son asistidos por un campo eléctrico. En resumen, se observa que la maquinabilidad del material metálico mejora cuando es fabricado bajo la influencia de los pulsos eléctricos. Esto es debido a que se reduce los esfuerzos de fluencia, mejora la rugosidad superficial, se atenúa la recuperación elástica y disminuye su dureza superficial. Aun así, cabe indicar que el comportamiento de las propiedades mecánicas anteriores bajo las condiciones eléctricas son complejas y no siguen una relación trivial. Indicar que los avances en el área de fabricación realizados en este trabajo en los procesos de doblado, mecanizado y trefilado han sido realizados en la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), Escola Universitaria d'Enginyeria Tècnica Industrial de Barcelona (EUETIB) en colaboración con la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC), la Universidad Tecnológica de Pereira (UTP) y la Northwes tern University. En consecuencia, a lo largo del documento se detalla la metodología de estudio y los resultados obtenidos de los diferentes procesos mencionados, comparando los procesos convencionales respecto a los asistidos. Además, se estudiará en profundidad la influencia de los pulsos de corriente en el comportamiento de las principales propiedades mecánicas, según el proceso.

L'electrònica ha experimentat una gran evolució durant les últimes dècades. El número de dispositius i aplicacions electrònics ha augmentat exponencialment fins a convertir-se en elements indispensables de la nostra vida quotidiana. Concretament, en el campo de l’electrònica de potencia, els convertidores commutats CC-CC, àmpliament utilitzats en els sistemes d’alimentació d’ equips electrònics, requereixen d’una eficiència elevada. Així, en la tesis es presenta un nou mètode per al disseny de convertidors CC-CC que optimitza una funció objectiu no lineal amb restriccions no lineals. El model desenvolupat aborda, en la majoria dels casos, un problema que consisteix en el disseny òptim de mínimes pèrdues, es a dir, màxima eficiència. A pesar d’això, també es presenta, a mode d’exemple, el disseny òptim de convertidors maximitzant l’ample de banda. Es pretén mostrar així la facilitat amb que pot ser modificat el programa de disseny. El problema ha estat modelat com un programa de Programació Geomètrica per aprofitar les avantatges que ofereix l’optimització convexa.L'electrònica ha experimentat una gran evolució durant les últimes dècades. El número de dispositius i aplicacions electrònics ha augmentat exponencialment fins a convertir-se en elements indispensables de la nostra vida quotidiana. Concretament, en el campo de l’electrònica de potencia, els convertidores commutats CC-CC, àmpliament utilitzats en els sistemes d’alimentació d’ equips electrònics, requereixen d’una eficiència elevada. Així, en la tesis es presenta un nou mètode per al disseny de convertidors CC-CC que optimitza una funció objectiu no lineal amb restriccions no lineals. El model desenvolupat aborda, en la majoria dels casos, un problema que consisteix en el disseny òptim de mínimes pèrdues, es a dir, màxima eficiència. A pesar d’això, també es presenta, a mode d’exemple, el disseny òptim de convertidors maximitzant l’ample de banda. Es pretén mostrar així la facilitat amb que pot ser modificat el programa de disseny. El problema ha estat modelat com un programa de Programació Geomètrica per aprofitar les avantatges que ofereix l’optimització convexa. / La electrónica ha experimentado una gran evolución en las últimas décadas. El número de dispositivos y aplicaciones electrónicas ha aumentado exponencialmente hasta convertirse en elementos indispensables en nuestra vida cotidiana. Concretamente, en el campo de la electrónica de potencia, los convertidores conmutados CC-CC, ampliamente utilizados en los sistemas de alimentación de equipos electrónicos, requieren de una eficiencia elevada. Así, en la tesis se presenta un nuevo método para el diseño de convertidores CC-CC que optimiza una función objetivo no lineal con restricciones no lineales. El modelo desarrollado aborda, en la mayoría de los casos, un problema que consiste en el diseño óptimo de mínimas pérdidas, es decir, máxima eficiencia. Sin embargo, también se presenta, a modo de ejemplo, el diseño óptimo de convertidores maximizando el ancho de banda. Se pretende mostrar así la facilidad con que puede ser modificado el programa de diseño. El problema ha sido modelado como un programa de Programación Geométrica para aprovechar las ventajas que ofrece la optimización convexa. / The electronics has evolved greatly in recent decades. The number of electronic devices and applications has grown exponentially to become indispensable in our daily lives. Specifically, in the field of power electronics, the power converters DC-DC, widely used in supply systems of electronic equipment, require a high efficiency. Thus, the thesis presents a new method for the design of DC-DC converters to optimize nonlinear objective function with nonlinear constraints. The model developed presented, in most cases, a problem which consists in the optimum design of minimum losses. However, also presents the optimal design of converters maximizing bandwidth. And is intended to show how easy it can be modified the design program. The problem is modelled as a Geometric Programming problem to exploit the advantages of convex optimization.

Ad hoc networks have attracted much attention from the research community over the last years and important technical advances have risen as a consequence. These networks are foreseen as an important kind of next generation access networks, where multimedia services will be demanded by end users from their wireless devices everywhere. In this thesis, we specially focus our research work on mobile ad hoc networks (MANETs) and on vehicular ad hoc networks (VANETs), two kind of ad hoc networks over which interesting multimedia services can be provided. The special haracteristics of MANETs/VANETs, such as mobility, dynamic network topology (specially in VANETs), energy constraints (in case of MANETs), infrastructureless and variable link capacity, make the QoS (Quality of Service) provision over these networks an important challenge for the research community. Due to that, there is a need to develop new routing protocols specially designed for MANETs and VANETs able to provide multimedia services. The main objective of this thesis is to contribute in the development of the communication framework for MANETs and VANETs to improve decisions to select paths or next hops in the moment of forwarding video-reporting messages. In this way, it would be possible to have a quick answer to manage daily problems in the city and help the emergency units (e.g., police, ambulances, health care units) in case of incidents (e.g., traffic accidents). Furthermore, in case of VANETs, a real scenario must be created and thus we have analysed the presence of obstacles in real maps. Also, in case of an obstacle found between the current forwarding node and the candidate next forwarding node, the packet is stored in a buffer, for a maximum time, until a forwarding neighbour node is found; otherwise, the packet is dropped. To improve the communication framework for MANETs, we propose a new routing protocol based on a game-theoretical scheme for N users specially designed to transmit video-reporting messages. Our proposal makes the network more efficient and provides a higher degree of satisfaction of the users by receiving much more packets with a lower average end-to-end delay, lower jitter and higher PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio). In addition, we propose a geographical routing protocol for VANETs that considers multiple metrics named 3MRP (Multimedia Multimetric Map-Aware Routing Protocol) [1]. 3MRP is a geographical protocol based on hop-by-hop forwarding. The metrics considered in 3MRP are the distance, the density of vehicles in transmission range, the available bandwidth, the future trajectory of the neighbouring nodes and the MAC layer losses. Those metrics are weighted to obtain a multimetric score. Thus, a node selects another node among its neighbours as the best forwarding node to increase the percentage of successful packet delivery, minimizing the average packet delay and offering a certain level of quality and service. Furthermore, a new algorithm named DSW (Dynamic Self-configured Weights) computes for each metric its corresponding weight depending on the current network conditions. As a consequence, nodes are classiffied in a better way. / Les xarxes sense fils ad hoc han captat molt l'atenció per part de la comunitat científica en els últims anys, a més dels importants avenços tècnics que han sorgit. Aquestes xarxes es preveuen com un tipus important de xarxes d'accés de nova generació, a on els serveis multimèdia seran requerits pels usuaris a través dels seus dispositius sense fils desde tot arreu. En aquesta tesi, centrem el nostre treball especialment en les xarxes mòbils ad hoc (MANET, Mobile Ad hoc Network) i en les xarxes vehiculars ad hoc (VANET, Vehicular Ad hoc Network). Les característiques especials de les MANETs i les VANETs, com la mobilitat, la topologia dinàmica de la xarxa (especialment en VANETs), les restriccions de bateria (en cas de MANETs), l'absència d'infrastructura i la capacitat variable de l'enllaç sense fil fa que la provisió de la qualitat de servei en aquestes xarxes sigui un repte important per a la comunitat científica. A causa d'això, hi ha la necessitat de desenvolupar nous protocols d'encaminament especialment dissenyats per a MANETs i VANETs capaços de proporcionar els serveis de multimèdia requerits. L'objectiu principal d'aquesta tesi és proveir millores en la comunicació per a les xarxes ad hoc MANET i VANET per millorar les decisions a l'hora de seleccionar els propers camins o nodes, respectivament, en el moment de l'enviament de les trames del video. D'aquesta manera serà possible tenir una resposta ràpida per resoldre els problema diaris a la ciutat i ajudar a les unitats d'emergència (per exemple, policia, ambulàncies, unitats de salut) en cas d'incidents, com ara els accidents de trànsit. Per analitzar adequadament les nostres propostes sobre VANETs hem dissenyat un entorn de simulació realista que incorpora la presència d'edificis en mapes reals i en el cas que hi hagi un obstacle entre el node actual i el candidat per a ser el pròxim salt el paquet s'emmagatzema en un buffer, per un temps màxim, fins a trobar un nou candidat; en cas contrari, es descarta el paquet. Per millorar les comunicacions en les MANETs, proposem un nou protocol d'encaminament basat en teoria de jocs per a N usuaris especialment dissenyat per a enviar missatges de vídeo. Això fa que la xarxa sigui més eficient, i així s'aconsegueix un major grau de satisfacció dels usuaris en rebre molts més paquets amb un menor retard mig extrem a extrem, menor variació del retard (jitter ) i major PSNR (Relació Senyal Soroll de Pic) . A més, es proposa un protocol d'encaminament geogràfic basat en el reenviament hop-by-hop per a VANETs anomenat 3MRP (Multimedia Multimetric Map-Aware Routing Protocol ) [1] que prèn en consideració múltiples mètriques. Les mètriques considerades en 3MRP són la distància a destinació, la densitat de vehicles en el rang de transmissió, l'ample de banda disponible, la trajectòria futura dels nodes veíns i la perdua de paquets a la capa MAC. Aquestes mètriques es ponderen per a obtenir una puntuació multimètrica. Així, un node pot seleccionar el millor node de reenviament entre tots els seus veíns per augmentar la probabilitat d' èxit de lliurament de paquets, minimitzant el retard mitjà dels paquets i oferint un cert nivell de qualitat de servei. / Las redes ad hoc han llamado mucho la atención por parte de la comunidad científica en los últimos años, además de los importantes avances técnicos que han surgido. Estas redes se prevén como un tipo importante de redes de acceso de nueva generación, donde los servicios multimedia sean requeridos por los usuarios a través de sus dispositivos inalámbricos desde todas partes. En esta tesis, centramos nuestro trabajo de investigación especialmente en las redes móviles ad hoc (MANET, Mobile Ad hoc Network) y las redes vehiculares ad hoc (VANET, Vehicular Ad hoc Network). Las características especiales de las MANETs y las VANETs, como la movilidad, la topología dinámica de la red (especialmente en VANETs), las restricciones de batería (en caso de MANETs), la ausencia de infraestructura y la capacidad variable del enlace inalámbrico hace que la provisión de la calidad de servicio en estas redes sea un reto importante para la comunidad científica. Debido a esto, existe la necesidad de desarrollar nuevos protocolos de encaminamiento especialmente diseñados para MANETs y VANETs capaces de proporcionar los servicios de multimedia requeridos. El objetivo principal de esta tesis es proveer mejoras en la comunicación para las redes ad hoc MANET y VANET para mejorar las decisiones a la hora de seleccionar los próximos caminos o nodos, respectivamente, en el momento del envío de las tramas del video y de esta manera sería posible tener una respuesta rápida para resolver los problema diarios en la ciudad y ayudar a las unidades de emergencia (por ejemplo, policía, ambulancias, unidades de salud) en caso de incidentes, como accidentes de tráfico. Para analizar adecuadamente nuestras propuestas sobre VANETs hemos diseñado un entorno de simulación realista que incorpora la presencia de edificios en mapas reales. En el caso de que haya un obstáculo entre el nodo actual y el candidato para ser el próximo salto el paquete se almacena en un buer, durante un tiempo máximo, hasta encontrar un nuevo candidato; en caso contrario, se descarta el paquete. Para mejorar las comunicaciones en las MANETs, proponemos un nuevo protocolo de encaminamiento basado en teoría de juegos para N usuarios especialmente diseñados para enviar mensajes de video. Esto hace que la red sea más eficiente, y así se consigue un mayor grado de satisfacción de los usuarios al recibir muchos más paquetes con un menor promedio de retardo de extremo a extremo, variación de retardo (jitter) y mayor PSNR (Relación Señal a Ruido de Pico). Además, se propone un protocolo de encaminamiento geográfico basado en el reenvío de salto-a-salto para VANETs llamado 3MRP (Multimedia multimetric Map-Aware Routing Protocol) [1] que incluye diversas métricas. Las métricas consideradas en 3MRP son la distancia al destino, la densidad de vehículos en el rango de transmisión, el ancho de banda disponible, la trayectoria futura de los nodos vecinos y la pérdida de paquetes en la capa MAC. Estas métricas se ponderan para obtener una puntuación multimetricanal. Así, un nodo puede seleccionar el mejor nodo de reenvío entre todos sus vecinos para aumentar la probabilidad de éxito de entrega de paquetes, minimizando el retardo medio de los paquetes y ofreciendo un cierto nivel de calidad de servicio. Por otra parte, se ha diseñado un nuevo algoritmo capaz de dar a cada métrica su correspondiente peso en función de las condiciones actuales de la red. De esta forma, los nodos se pueden clasificar de una mejor manera. Por último, se propone un nuevo protocolo de encaminamiento para VANETs llamado G-3MRP (Game Theoretical Multimedia Multimetric Map-aware Routing Protocol) [2] para enviar mensajes de video basado en teoría de juegos para N usuarios en escenarios urbanos. G-3MRP se basa en el protocolo de encaminamiento 3MRP. G-3MRP utiliza hasta tres nodos a través de los cuales los tres tipos de cuadros de video I, P y B serán enviados. Las métricas utilizadas son las mismas que en 3MRP. G-3MRP logra una mayor grado de satisfacción de los usuarios mediante la recepción de muchos más paquetes de video y con un mayor nivel de PSNR, que la anterior propuesta 3MRP+DSW. También hemos analizado el problema de detección de obstáculos en mapas reales para VANETs en escenarios urbanos. Para este propósito, hemos desarrollado nuestra herramienta REVsim [3] de tal forma que puede estar fácilmente integrada en nuestra propuesta de protocolo de encaminamiento para que las simulaciones sean más realistas.

The IEEE 802.11 standard was not initially designed to provide multi-hop capabilities. Therefore, providing a proper traffic performance in Multi-Hop IEEE 802.11 Wireless Networks (MIWNs) becomes a significant challenge. The approach followed in this thesis has been focused on the routing layer in order to obtain applicable solutions not dependent on a specific hardware or driver. Nevertheless, as is the case of most of the research on this field, a cross-layer design has been adopted. Therefore, one of the first tasks of this work was devoted to the study of the phenomena which affect the performance of the flows in MIWNs. Different estimation methodologies and models are presented and analyzed. The first main contribution of this thesis is related to route creation procedures. First, FB-AODV is introduced, which creates routes and forwards packets according to the flows on the contrary to basic AODV which is destination-based. This enhancement permits to balance the load through the network and gives a finer granularity in the control and monitoring of the flows. Results showed that it clearly benefits the performance of the flows. Secondly, a novel routing metric called Weighted Contention and Interference routing Metric (WCIM) is presented. In all analyzed scenarios, WCIM outperformed the other analyzed state-of-the-art routing metrics due to a proper leveraging of the number of hops, the link quality and the suffered contention and interference. The second main contribution of this thesis is focused on route maintenance. Generally, route recovery procedures are devoted to the detection of link breaks due to mobility or fading. However, other phenomena like the arrival of new flows can degrade the performance of active flows. DEMON, which is designed as an enhancement of FB-AODV, allows the preemptive recovery of degraded routes by passively monitoring the performance of active flows. Results showed that DEMON obtains similar or better results than other published solutions in mobile scenarios, while it clearly outperforms the performance of default AODV under congestion Finally, the last chapter of this thesis deals with channel assignment in multi-radio solutions. The main challenge of this research area relies on the circular relationship between channel assignment and routing; channel assignment determines the routes that can be created, while the created routes decide the real channel diversity of the network and the level of interference between the links. Therefore, proposals which join routing and channel assignment are generally complex, centralized and based on traffic patterns, limiting their practical implementation. On the contrary, the mechanisms presented in this thesis are distributed and readily applicable. First, the Interference-based Dynamic Channel Assignment (IDCA) algorithm is introduced. IDCA is a distributed and dynamic channel assignment based on the interference caused by active flows which uses a common channel in order to assure connectivity. In general, IDCA leads to an interesting trade-off between connectivity preservation and channel diversity. Secondly, MR-DEMON is introduced as way of joining channel assignment and route maintenance. As DEMON, MR-DEMON monitors the performance of the active flows traversing the links, but, instead of alerting the source when noticing degradation, it permits reallocating the flows to less interfered channels. Joining route recovery instead of route creation simplifies its application, since traffic patterns are not needed and channel reassignments can be locally decided. The evaluation of MR-DEMON proved that it clearly benefits the performance of IDCA. Also, it improves DEMON functionality by decreasing the number of route recoveries from the source, leading to a lower overhead. / El estándar IEEE 802.11 no fue diseñado inicialmente para soportar capacidades multi-salto. Debido a ello, proveer unas prestaciones adecuadas a los flujos de tráfico que atraviesan redes inalámbricas multi-salto IEEE 802.11 supone un reto significativo. La investigación desarrollada en esta tesis se ha centrado en la capa de encaminamiento con el objetivo de obtener soluciones aplicables y no dependientes de un hardware específico. Sin embargo, debido al gran impacto de fenómenos y parámetros relacionados con las capas físicas y de acceso al medio sobre las prestaciones de los tráficos de datos, se han adoptado soluciones de tipo cross-layer. Es por ello que las primeras tareas de la investigación, presentadas en los capítulos iniciales, se dedicaron al estudio y caracterización de estos fenómenos. La primera contribución principal de esta tesis se centra en mecanismos relacionados con la creación de las rutas. Primero, se introduce una mejora del protocolo AODV, que permite crear rutas y encaminar paquetes en base a los flujos de datos, en lugar de en base a los destinos como se da en el caso básico. Esto permite balacear la carga de la red y otorga un mayor control sobre los flujos activos y sus prestaciones, mejorando el rendimiento general de la red. Seguidamente, se presenta una métrica de encaminamiento sensible a la interferencia de la red y la calidad de los enlaces. Los resultados analizados, basados en la simulación de diferentes escenarios, demuestran que mejora significativamente las prestaciones de otras métricas del estado del arte. La segunda contribución está relacionada con el mantenimiento de las rutas activas. Generalmente, los mecanismos de mantenimiento se centran principalmente en la detección de enlaces rotos debido a la movilidad de los nodos o a la propagación inalámbrica. Sin embargo, otros fenómenos como la interferencia y congestión provocada por la llegada de nuevos flujos pueden degradar de forma significativa las prestaciones de los tráficos activos. En base a ello, se diseña un mecanismo de mantenimiento preventivo de rutas, que monitoriza las prestaciones de los flujos activos y permite su reencaminamiento en caso de detectar rutas degradadas. La evaluación de esta solución muestra una mejora significativa sobre el mantenimiento de rutas básico en escenarios congestionados, mientras que en escenarios con nodos móviles obtiene resultados similares o puntualmente mejores que otros mecanismos preventivos diseñados específicamente para casos con movilidad. Finalmente, el último capítulo de la tesis se centra en la asignación de canales en entornos multi-canal y multi-radio con el objetivo de minimizar la interferencia entre flujos activos. El reto principal en este campo es la dependencia circular que se da entre la asignación de canales y la creación de rutas: la asignación de canales determina los enlaces existentes la red y por ello las rutas que se podrán crear, pero son finalmente las rutas y los tráficos activos quienes determinan el nivel real de interferencia que se dará en la red. Es por ello que las soluciones que proponen unificar la asignación de canales y el encaminamiento de tráficos son generalmente complejas, centralizadas y basadas en patrones de tráfico, lo que limita su implementación en entornos reales. En cambio, en nuestro caso adoptamos una solución distribuida y con mayor aplicabilidad. Primero, se define un algoritmo de selección de canales dinámico basado en la interferencia de los flujos activos, que utiliza un canal común en todos los nodos para asegurar la conectividad de la red. A continuación, se introduce un mecanismo que unifica la asignación de canales con el mantenimiento preventivo de las rutas, permitiendo reasignar flujos degradados a otros canales disponibles en lugar de reencaminarlos completamente. Ambas soluciones demuestran ser beneficiosas en este tipo de entornos.

This PhD Thesis is the fruit of the job of the author as a researcher at Scytl Secure Electronic Voting, as well as the collaboration with Paz Morillo, from the Department of Applied Mathematics at UPC and Alex Escala, PhD student. In her job at Scytl, the author has participated in several electronic voting projects for national-level binding elections in different countries. The participation of the author covered from the protocol design phase, to the implementation phase by providing support to the development teams. The thesis focuses on studying the mechanisms that can be provided to the voters, in order to examine and verify the processes executed in a remote electronic voting system. This work has been done as part of the tasks of the author at the electronic voting company Scytl. Although this thesis does not talk about system implementations, which are interesting by themselves, it is indeed focused on protocols which have had, or may have, an application in the real world. Therefore, it may surprise the reader by not using state of the art cryptography such as pairings or lattices, which still, although providing very interesting properties, cannot be efficiently implemented and used in a real system. Otherwise, the protocols presented in this thesis use standard and well-known cryptographic primitives, while providing new functionalities that can be applied in nowadays electronic voting systems. The thesis has the following contents: A survey on electronic voting systems which provide voter verification functionalities. Among these systems we can find the one used in the Municipal and Parliamentary Norwegian elections of 2011 and 2013, and the system used in the Australian State of New South Wales for the General State Elections in 2015, in which the author has had an active participation in the design of their electronic voting protocols. A syntax which can be used for modeling electronic voting systems providing voter verifiability. This syntax is focused on systems characterized by the voter confirming the casting of her vote, after verifying some evidences provided by the protocol. Along with this syntax, definitions for the security properties required for such schemes are provided. A description of the electronic voting protocol and system which has been used in 2014 and 2015 elections in the Swiss Canton of Neuchâtel, which has individual verification functionalities, is also provided in this thesis, together with a formal analysis of the security properties of the scheme and further extensions of the protocol. Finally, two new protocols which provide new functionalities respect to those from the state of the art are proposed: A new protocol providing individual verifiability which allows voters to defend against coertion by generating fake proofs, and a protocol which makes a twist to individual verifiability by ensuring that all the processes executed by the voting device and the remote server are correct, without requiring an active verification from the voter. A formal analysis of the security properties of both protocols is provided, together with examples of implementation in real systems. / Aquesta tesi és fruit de la feina de l'autora com a personal de recerca a la empresa Scytl Secure Electtronic Voting, així com de la col·laboració amb la Paz Morillo, del departament de matemàtica aplicada a la UPC, i el Alex Escala, estudiant de doctorat. A la feina a Scytl, l'autora ha participat a varis projectes de vot electrònic per a eleccions vinculants a nivell nacional, que s'han efectuat a varis països. La participació de la autora ha cobert tant la fase de disseny del protocol, com la fase de implementació, on ha proveït suport als equips de desenvolupament. La tesi estudia els mecanismes que es poden proporcionar als votants per a poder examinar i verificar els processos que s'executen en sistemes de vot electrònic. Tot i que la tesi no parla de la implementació dels sistemes de vot electrònic, sí que s'enfoca en protocols que han tingut, o poden tenir, una aplicació pràctica actualment. La tesi té els continguts següents: Un estudi en sistemes de vot electrònic que proporcionen funcionalitats per a que els votants verifiquin els processos. Entre aquests sistemes, trobem el que es va utilitzar a les eleccions municipals i parlamentàries a Noruega als anys 2011 i 2013, així com el sistema utilitzat a l'estat Australià de New South Wales, per a les eleccions generals de 2015, sistemes en els que l'autora ha participat directament en el diseny dels seus protocols criptogràfics. La tesi també conté una sintaxi que es pot utilizar per modelar sistemes de vot electrònic que proporcionen verificabilitat individual (on verifica el votant). Aquesta sintaxi s'enfoca en sistemes caracteritzats pel fet de que el votant confirma la emissió del seu vot un cop ha verificat unes evidències sobre ell, proporcionades pel protocol. A més de la sintaxi, es proporcionen definicions de les propietats de seguretat d'aquestts sistemes. La tesi també conté una descripció del sistema i protocol de vot electrònic que s'utilitza al cantó Suís de Neuchâtel a partir del 2014, el qual té funcionalitats per a que els votants verifiquin certs processos del sistema. La tesi a més conté un anàlisi de la seguretat de l'esquema, així com possibles extensions del protocol. Finalment, la tesi inclou dos protocols nous que proporcionen noves característiques i funcionalitats respecte als existents a l'estat de l'art de la tècnica. El primer permet a un votant defendre's de un coaccionador generant proves falses, i el segon fa un canvi de paradigma de la verificabilitat individual, de forma que el votant no ha de verificar certs processos per a saber que s'han efectuant correctament. La tesi inclou un anàlisi formal de les propietats de seguretat dels dos protocols, així com exemples de com podrien ser implementats en un escenari real.

Learning specific knowledge and developing cross-curricular competencies under the new frame of the European Higher Education Area (EHEA), is a problem not yet solved by teaching practices based on traditional instructional methodologies. The objective of the thesis consists of designing and validating a systematic learning model based on active methodologies that allows the adaptation of courses in the area of electronic technology, hitherto organised in a traditional fashion, to the EHEA requirements. The proposed instructional method, organised in five sections (learning objectives, problem-based learning activities and study time planning, cooperative learning, formative assessment, and reflection on the teaching/learning process), integrates the specific content and the cross-curricular competencies corresponding to the course. Four hypotheses are considered to start the research, which after the experimentation and the examination of the results are successfully validated. First: active learning as we propose it, allows that more students reach an acceptable level of subject knowledge, with the corresponding increase of academic performance. The data analysis on the courses in which teaching experiences were carried out, allows reaching the conclusion that our methodology increases significantly the performance, while at the same time more students achieve higher scores. Second: the active and systematic methodology proposed in this research is more efficient than traditional instruction with respect to the achievement of content and cross-curricular skills as they are defined in the EHEA. In other words, students learn meaningfully the specific content of the course and unfold efficiently the generic competencies associated with the studies when immersing them in our active learning environment organised systematically to solve problems and projects. To accept this hypothesis, evidences archived in student learning portfolios are presented; we have documented skills such as teamwork, problem solving, efficient oral and written communication and the use of information resources to acquire specific content. Furthermore, teaching content through English has promoted the use and understanding of this third language. Third: The proposed systematic learning model based on active methodologies can be successfully applied in courses of the area of electronic technology in bachelor degrees, and equally be effective in other branches of engineering studies. The materials produced teaching basic and advanced subjects in the area of electronic technology demonstrate the successful adaptation to the EHEA. We have disseminated for many years under the umbrella of the Research and Innovation in Learning Methodologies (RIMA) group of the Institute of Education Sciences (ICE), our teaching experiences on electronic technology courses in seminars, conferences and publications, which in itself represents an explicit validation of our methodology. Discussion and peer review have become key factors in enhancing procedures and finding solutions. Fourth: The proposed model demands a workload that can be permanently accepted by university lecturers, thus making possible to widespread teaching of content and generic competencies throughout university education. Data from our experiences show that the coordinator can start a course based in our methodology employing the usual teaching time and the other professors can follow up without interfering other academic tasks / L'adquisició de coneixements i competències genèriques segons el marc de l'EEES és un problema que no ha resolt la pràctica docent basada en metodologies instruccionals tradicionals. L'objectiu d'aquesta tesi consisteix a dissenyar i validar un model d'aprenentatge sistemàtic basat en metodologies actives que permeti adaptar al nou model docent de l'EEES assignatures de l'àrea de tecnologia electrònica organitzades de forma tradicional. El mètode instruccional, organitzat en cinc punts (objectius, activitats PBL i planificació del temps d’estudi, aprenentatge cooperatiu, avaluació formativa i reflexió sobre el procés docent), integra els continguts específics i les competències genèriques assignats a cada matèria. Per a elaborar la tesi partim de quatre hipòtesis, que es validaran atenent als resultats. Primera: l'aprenentatge actiu, tal com el proposem, permet assolir un nivell de coneixements acceptable a molts més estudiants, amb el consegüent augment del rendiment acadèmic de les matèries. L'anàlisi de les dades del conjunt d'assignatures sobres les quals s'han treballat experiències docents permet concloure que el sistema d'aprenentatge proposat millora substancialment el nombre d'aprovats i el d'estudiants que obtenen millors qualificacions. Segona: el mètode sistemàtic d'aprenentatge actiu que proposem és més eficaç que l'ensenyament tradicional pel que fa a l'adquisició de coneixements específics i competències genèriques tal com es defineixen a l'EEES. És a dir, els estudiants aprendran significativament els coneixements específics i desplegaran eficientment les habilitats genèriques pròpies de la titulació si els mantenim immersos en l'entorn d'aprenentatge actiu planificat sistemàticament per resoldre els problemes i projectes que proposem. Per acceptar aquesta hipòtesi hem adjuntat evidències recollides en els portafolis d'aprenentatge dels estudiants i hem documentat habilitats de treball en grup, de resolució de problemes i projectes, de bones pràctiques d'expressió oral i escrita i d'ús solvent de recursos d’informació per a l'adquisició de coneixements de l'àrea. A més, els indicadors mostren que hem incentivat l'ús de l'anglès en convertir-lo en llengua vehicular de les matèries. Tercera: el mètode sistemàtic d’aprenentatge actiu proposat s'aplica perfectament a l'àmbit de les assignatures de tecnologia electrònica dels estudis de grau i igualment serà de gran utilitat en altres àrees de coneixement d'estudis d'enginyeria. Els materials generats en assignatures de tecnologia electrònica bàsiques i avançades demostren que hem resolt amb escreix l'adaptació a l'EEES. En el context del grup RIMA de l'ICE hem difós durant anys les nostres experiències en assignatures de tecnologia electrònica en jornades, cursos, seminaris, articles i publicacions, cosa que comporta per ella mateixa una validació explícita del mètode. La crítica i la revisió per part dels nostres companys han esdevingut factors clau a l'hora de cercar solucions i afinar els procediments. Quarta: el mètode d’aprenentatge actiu que proposem implica una càrrega docent assumible de forma permanent pels professors universitaris i, per tant, la seva implantació permet confrontar adequadament els reptes de l’ensenyament superior pel que fa a l’adquisició de coneixements i desplegament de competències. Les dades aportades demostren que un professor coordinador pot iniciar una matèria amb la metodologia sistemàtica proposada dedicant-hi les hores estipulades en docència i l’equip de professors pot continuar-la sense interferir en les altres tasques acadèmiques.

En aquest treball es demostren nous mètodes prometedors en la fabricació de cèlules solars orgàniques obtingudes per processos en dissolució. Més concretament, s'ha demostrat que l'envelliment de la sol·lució i la utilització de solvents ternaris són utls per a la modificació de la nanomorfologia i la fase cristalina de la capa activa en cel·les basades en PTBx:PCBM. L'estudi es centre en comprendre com l'envelliment de la sol·lució i la barreja de solvents influencien les morfologies de la barreja de polímers a la cel·la, la seva cristalinitat i la eficiència del dispositiu. En base a mesures de AFM i GIXS es demostra que l’envelliment de la solució millora significativament la separació de microfases, la morfologia i la interpenetració bi-continua de la barreja PTB1:PCBM. S’ha demostrat un millora significativa del 19% en eficiència de cel·les obtingudes per envelliment de solució enfront de cel·les sense aquest procés. A més, s’han fabricat estructures c-PSC i i-PSC basades en PTB7:PCBM utilitzant una barreja de solvents ternària de CB/CHN/DIO. S’ha trobat que l’addició de CHN a la solució de CB/DIO permet controlar no només la cristalinitat dels polímers a la capa activa sinó també la seva composició superficial. Després d’utilitzar CB/CHN/DIO, les mesures de GIXS revelen la formació de dominis estructurals i una millora de la distància entre cadenes del polímer PTB7. Això te per conseqüència un augment del corrent foto-generat i de l’eficiència. Mesures d’angle de contacte demostren la presència de PTB7 enriquit a la superfície superior de la capa activa. Això indueix una major selectivitat a l’ànode, en particular per estructures i-PSC en comparació amb dispositius c-PSC. D’aquesta manera, s’aconsegueix una eficiència del 8.05 % per a dispositius i-PSC obtinguts amb solució de CB. Aquesta és significativament més gran que la dels dispositius c-PSC (6.86%). / En este trabajo se demuestran nuevos métodos prometedores en la fabricación de células solares orgánicas obtenidas mediante procesos en disolución. Más concretamente, se ha demostrado que el envejecimiento de la solución y el uso de solventes ternarios son útiles para la modificación de la nanomorfología y la fase cristalina de la capa activa en células basadas en PTBx:PCBM. El estudio se centra en comprender como el envejecimiento de la solución y la mezcla de solventes influencian las morfologías de la mezcla de polímeros en la celda, su cristalinidad y la eficiencia del dispositivo. En base a medidas de AFM y GIXS se demuestra que el envejecimiento de la solución mejora significativamente con la separación de microfases, la morfología y la interpenetración bi-contínua de la mezcla PTB1:PCBM. Se ha demostrado una mejora significativa del 19% en la eficiéncia de células obtenidas mediante envejecimiento de la solución, frente a células sin este proceso. Además se han fabricado estructuras c-PSC y i-PSC basadas en PTB7:PCBM usando una mezcla de solventes ternaria CB/CHN/DIO. Se ha encontrado que la adición de CHN a la solución de CB/DIO permite controlar no solamente la cristalinidad de los polímeros en la capa activa, sino también en su composición superficial. Después de usar CB/CHN/DIO, las medidas de GIXS revelan la formación de dominios estructurales y una mejora de la distancia entre cadenas del poímero PTB7. Esto, por consecuencia lleva a un aumento de la corriente foto-generada y de la eficiencia. Medidas de ángulo de contacto demuestran la presencia de PTB7 enriquecido en la superficie superior de la capa activa. Esto induce una mayor selectivitat en el ánodo, en particular para estructuras i-PSC en comparaci´n con dispositivos c-PSC. De esta manera, se consigue una eficiencia del 8.05% para dispositivos i-PSC obtenidos con una solución de CB. Esta es significativamente mayor que la de los dispositivos c-PSC (6.86%). / In the work, we have demonstrated that solution aging and ternary solvent mixture were promising methods to modify nanomorphology and crystal phase of the active layer in PTBx:PCBM polymer solar cells. We focus on understanding how the solution aging and solvent mixture influence the blend morphologies and crystallinity of polymers, further affecting the device performance. Supported by AFM and GIXS measurements, the results showed solution aging significantly improves microphase separation morphology and bi-continuous interpenetrating network of the PTB1:PCBM blend. A significant improvement exceeding 19% in PCE in device with solution aging processed are found compared to without solution aging. In addition, we fabricated the c-PSC and i-PSC structures based on PTB7:PCBM with a CB/CHN/DIO ternary solvent mixture treatment. We found that addition of CHN into CB/DIO solution can control not only crystallinity of polymers the of the active layer but also surface compositions . After using CB/CHN/DIO, GIXS measurements reveal the formation of oriented crystalline structure domains and improvement increase of interchain stacking distance between PTB7 polymer, which consequently leads to a more efficient increase in photo-generated current. Enriched PTB7 on the top surface of active layer, detected via contact angle measurements, induces higher hole selectivity at the anode contact and is favorable to i-PSC compared with c-PSC device. Thus, PCE of 8.05% for i-PSC device from CB solution is obtained, which is significantly higher than the one obtained from c-PSC device (6.86%).

The smart grid offers a new infrastructure for the management of energy demand and generation towards a sustainable future. Accordingly, there is the objective to provide consumers with a response capacity to stimuli of the electricity market, and at the same time, to efficiently manage the generation system which tends to a diversification of the generators and the energy sources. For that purpose, this thesis is first focused on providing to consumers methods for managing their energy consumption and then reducing costs according to their production activities. Next, this thesis focuses on electricity generation, tackling the problem of how to share out energy production among a set of distributed generators using self-organisation. Finally, it tackles the problem of planning the placement of new generators suing meta-heuristics. / La xarxa elèctrica intel·ligent ofereix una nova infraestructura per a la gestió de la demanda i generació d'electricitat cap a un futur més sostenible. En aquest sentit, hi ha l'objectiu de proveir els consumidors de capacitat de reacció davant d'estímuls del mercat elèctric i, al mateix temps, gestionar de forma eficient un sistema de generació que tendeix cap a una diversificació. Amb aquest objectiu, aquesta tesi primer es centra a desenvolupar mètodes perquè els consumidors puguin gestionar els seus consums i així també reduir-ne els costos d'acord amb les seves activitats de producció. Posteriorment, la tesi es centra en la generació elèctrica abordant el problema de com repartir la producció d'energia d'entre un conjunt de generadors distribuïts utilitzant mètodes auto-organitzatius. Finalment, s'aborda la planificació de nous generadors utilitzant mètodes metaheurístics.