Network virtualization is recognized as an enabling technology for the future Internet. It aims to overcome the resistance of the current Internet to architectural change and to enable a new business model decoupling the network services from the underlying infrastructure. The problem of embedding virtual networks in a substrate network is the main resource allocation challenge in network virtualization and is usually referred to as the Virtual Network Embedding (VNE) problem. VNE deals with the allocation of virtual resources both in nodes and links. Therefore, it can be divided into two sub-problems: Virtual Node Mapping where virtual nodes have to be allocated in physical nodes and Virtual Link Mapping where virtual links connecting these virtual nodes have to be mapped to paths connecting the corresponding nodes in the substrate network. Application of network virtualization relies on algorithms that can instantiate virtualized networks on a substrate infrastructure, optimizing the layout for service-relevant metrics. This class of algorithms is commonly known as VNE algorithms. This thesis proposes a set of contributions to solve the research challenges of the VNE that have not been tackled by the research community. To do that, it performs a deep and comprehensive survey of virtual network embedding. The first research challenge identified is the lack of proposals to solve the virtual link mapping stage of VNE using single path in the physical network. As this problem is NP-hard, existing proposals solve it using well known shortest path algorithms that limit the mapping considering just one constraint. This thesis proposes the use of a mathematical multi-constraint routing framework called paths algebra to solve the virtual link mapping stage. Besides, the thesis introduces a new demand caused by virtual link demands into physical nodes acting as intermediate (hidden) hops in a path of the physical network. Most of the current VNE approaches are centralized. They suffer of scalability issues and provide a single point of failure. In addition, they are not able to embed virtual network requests arriving at the same time in parallel. To solve this challenge, this thesis proposes a distributed, parallel and universal virtual network embedding framework. The proposed framework can be used to run any existing embedding algorithm in a distributed way. Thereby, computational load for embedding multiple virtual networks is spread across the substrate network Energy efficiency is one of the main challenges in future networking environments. Network virtualization can be used to tackle this problem by sharing hardware, instead of requiring dedicated hardware for each instance. Until now, VNE algorithms do not consider energy as a factor for the mapping. This thesis introduces the energy aware VNE where the main objective is to switch off as many network nodes and interfaces as possible by allocating the virtual demands to a consolidated subset of active physical networking equipment. To evaluate and validate the aforementioned VNE proposals, this thesis helped in the development of a software framework called ALgorithms for Embedding VIrtual Networks (ALEVIN). ALEVIN allows to easily implement, evaluate and compare different VNE algorithms according to a set of metrics, which evaluate the algorithms and compute their results on a given scenario for arbitrary parameters.

El procesamiento de la energía mediante convertidores electrónicos conmutados ha tomado una relevancia notable durante la última década, y presumiblemente será uno de los campos de la ingeniería con mayor proyección industrial en el futuro. La evolución continua en el campo de la electrónica de potencia ha hecho posible la fabricación de convertidores conmutados cada vez más compactos, capaces de manejar valores de tensión y corriente mayores, conmutando a frecuencias más elevadas. Estas mejoras provocan, a su vez, la generación de perturbaciones electromagnéticas (EMI) fuera del rango permitido por la legislación vigente. Por otro lado, el diseño convertidores con nuevas topologías y una legislación cada vez más restrictiva en cuanto a emisiones EMI se refiere, hace imprescindible la elaboración de nuevas herramientas capaces de analizar los efectos que de las EMI generadas se puedan derivar. Uno de los convertidores de potencia emergentes y que actualmente está adquiriendo especial relevancia es el Convertidor Matricial (MC). El auge del interés por esta topología durante los últimos años ha sido motivado gracias a prestaciones como la conversión directa AC/AC, su gran densidad de potencia y la ausencia de grandes componentes reactivos para el almacenaje de energía. El trabajo que se presenta en este documento trata de dar cobertura al estudio y la reducción de las EMI generadas por los MC. Esta tesis doctoral se ha dividido en dos líneas de investigación: Estudio de las perturbaciones EMI producidas por los MC y prevención de efectos adversos producidos por dichas EMI. La primera línea de investigación ha tenido como objetivo principal el estudio de las EMIs generadas por los MC de topología directa. En dicho estudio se ha desarrollado un modelo EMI para poder predecir las perturbaciones conducidas generadas por dichos convertidores. Uno de los objetivos principales de dicho modelo es proporcionar aproximaciones suficientemente válidas en un tiempo reducido. La estrategia utilizada ha sido el cálculo de las perturbaciones conducidas clasificando estas en modo común (CM) y modo diferencial (DM). El método utilizado se basa en la extracción de circuitos de impedancias equivalentes que proporcionen una representación fidedigna de la generación y propagación de las perturbaciones sin necesidad de complejos sistemas de cálculo. La segunda línea de investigación ha tenido como objetivo reducir el número de descargas eléctricas que se producen en los cojinetes del motor, las cuales son una de las causas principales de la reducción de su vida útil. Estas descargas son debidas a los niveles de la tensión en modo común (CMV) y sus rápidas variaciones en el tiempo (dv/dt). Para reducir los niveles de la CMV se ha desarrollado una modulación basada en la tradicional Space Vector Modulation (SVM) donde se remplazan los vectores cero, utilizados convencionalmente, por vectores rotativos. Este intercambio de vectores ha demostrado que permite reducir de manera significativa la amplitud del CMV y con ello reducir la probabilidad en la aparición de descargas eléctricas en los cojinetes. Además, en el estudio se analiza la utilización de vectores activos de diferentes amplitudes con el objetivo de mejorar la modulación presentada cuando se utilizan índices de modulación pequeños. / The energy processing using power converters has taken a remarkable importance in the last decade, and in the future it might become one of the engineering fields with greater projection. The continuous evolution in the field of power electronics has made possible to manufacture more compact switched converters, capable of managing higher voltage and currents levels switching at higher frequency. These improvements, however, lead to the generation of electromagnetic perturbations (EMI) which fail the electromagnetic regulations. On the other hand, the converter design using new layout topologies and a regulation law that is becoming more restrictive about EMI emissions makes essential to develop new tools capable to analyze the effects of the EMI generated. One of the emerging power converters which is currently acquiring special relevance is the matrix converter (MC). The rise of interest on this topology in recent years has been determined by different aspects, such as direct AC/AC conversion, its high power density and the absence of large reactive components for energy storage. The work presented in this document tries to cover the study and the reduction of EMI generated by the MC. This Phd thesis has divided in two research lines: The study of the EMI produced by MC and the prevention of the adverse effects produced by EMI. The first research line has mainly focused on the study of EMI generated by MC of direct topology. In this study, a model to predict the conducted EMI has been developed. One of the main objectives of this model is to deliver good approximation results in short time. The strategy used has been the conducted perturbation calculation using the classification of the EMI as common mode (CM) and differential mode (DM). The method used is based on extraction of the equivalent impedance circuit. This equivalent circuit provides a true representation of the generation and propagation of EMI without the need of complex mathematical methods. The second research line has mainly focused on the reduction of electric discharges which is produced inside of the motor bearings, which are the main cause of motor life time reduction. These electrical discharges are produced by the common mode voltage (CMV) levels and its fast time transitions (dv/dt). In order to reduce those levels, a new modulation based on the traditional Space Vector modulation (SVM) has been developed replacing the zero vectors, normally used, for the rotating ones. This vector exchange has shown a significant reduction of the CMV amplitude, and therefore the probability of electrical discharge appearing inside the motor drops considerably. Furthermore, the study analyzes the use of the active vectors with smaller amplitude to improve the modulation when small modulation index is used.

The present PhD thesis analyzes the modelling and control of the two main topologies of large scale variable speed wind turbines, the doubly fed induction generator and the permanent magnet synchronous generator wind turbines, to operate under different types of voltage sags. The first part of the thesis deals with the modelling of the wind turbine from the mechanics to the different types of generators and the power converter. The second part deals with the control of the wind turbine. First, three different control schemes of the doubly fed induction machine are analyzed, starting with the most basic one, the conventional vector control meant for balanced operation which is simulated and compared to experimental measurements from a voltage sag test, and then moving to the dual synchronous reference frame and the stationary reference frame control, two different schemes that allow the operation of the machine under unbalanced voltage sags. Then, different reference calculation methods for the operation of grid connected voltage source converters under grid unbalances are analyzed and tested on a experimental platform. Finally, the vector control scheme of the permanent magnet synchronous generator and a ride-through strategy for this type of turbine for balanced voltage sags is presented and tested on a small scale experimental platform. / Aquesta tesi analitza la modelització i el control per a l'operació sota diferents tipus de sots de tensió de les dues topologies més comunes d'aerogeneradors de velocitat variable de gran escala, la basada en generador d'inducció doblement alimentat i la de màquina síncrona d'imants permanents. La primera part de la tesi tracta el modelat de la turbina eòlica des de la mecànica fins als diferents tipus de generadors i el convertidor. La segona part tracta el control de l'aerogenerador. Primer, s'analitzen tres esquemes de control diferents de la màquina d'inducció doblement alimentada, començant pel tipus més bàsic, el control vectorial convencional, pensat per l'operació en equilibri, que és simulat i comparat amb mesures experimentals d'un assaig de sot de tensió, i tractant a continuació l'anomenat control vectorial amb doble referència de sincronisme i el control en referència estacionària, dos esquemes de control diferents que permeten l'operació de la màquina sota sots de tensió desequilibrats. A continuació s'analitzen i comproven experimentalment diferents mètodes de càlcul de referències pel control de convertidors amb font de tensió sota desequilibris de xarxa. Finalment, es presenta l'esquema de control vectorial de màquina síncrona d'imants permanents i una estratègia de ride-through per a aquest tipus d'aerogenerador que és avaluada en una plataforma experimental.

La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) es la enfermedad crónica de los pulmones más común representando una causa importante de incapacidad y de muerte. La actividad respiratoria está definida en gran medida por la acción de músculos respiratorios. En esta tesis se realiza el análisis de la actividad del músculo esternocleidomastoideo (ECM) considerado el músculo respiratorio accesorio más importante en la función respiratoria. En sujetos sanos está activo sólo con altos niveles de ventilación. Sin embargo, en pacientes con EPOC su contribución es más importante incluso a bajos niveles respiratorios. Se selecciona por su accesibilidad permitiendo utilizar técnicas no invasivas como los registros de señales electromiográficas (EMG) y vibromiográficas (VMG) que están relacionadas con la actividad eléctrica y mecánica del músculo, respectivamente.En el primer capítulo se realiza una breve introducción sobre tres temas básicos: la actividad respiratoria con los músculos que la activan, la EPOC y las señales biomédicas de interés correspondientes a la presión inspiratoria y las señales miográficas: EMG y VMG.En el siguiente capítulo se define los objetivos y el método para la evaluación de la actividad muscular respiratoria propuesto en la presente tesis: análisis del músculo ECM durante un protocolo ventilatorio compuesto de cinco pruebas para estudiar la función muscular en diferentes niveles de ventilación hasta alcanzar la fatiga. Para el análisis se propone diversos parámetros relacionados con la actividad y fatiga muscular: temporales, frecuenciales y calculados a partir de la función de correlación cruzada entre valores cuadráticos de las señales miográficas.En el capítulo tercero se realiza el diseño del sistema completo de instrumentación para la adquisición de las diferentes señales biomédicas en el Hospital. Se estudia y configura las diferentes etapas de la cadena de adquisición: transductores, amplificadores, y tarjeta A/D para el almacenamiento de los datos en un ordenador personal. Se analiza detalladamente las interferencias que afectan en la adquisición y se describe las medidas adoptadas para reducirlas. Por último se detecta la zona de inervación del músculo ECM que determina la posición de los electrodos en el registro. Se realiza un procesado previo a las señales biomédicas para su acondicionamiento que se explica en el capítulo cuarto. Principalmente, se describe un algoritmo implementado para la detección automática de períodos inspiratorios y espiratorios mediante la señal de presión. Esto permite el análisis de la actividad del músculo ciclo a ciclo respiratorio.En el quinto capítulo se reduce la actividad cardíaca interferente en las señales miográficas mediante diferentes técnicas de filtrado: en el dominio analógico mediante un circuito no lineal por 'slew rate' que reduce los complejos QRS de la señal ECG y de forma digital mediante procesado diferido. Se propone dos métodos de filtrado digital que son analizados en simulación mediante señales artificiales con diferente SNR y en señales miográficas reales registradas en la población en estudio: filtrado adaptativo mediante el algoritmo LMS y descomposición en valores singulares. Se determina un filtro adaptativo con unas características específicas de ganancia, retardo existente entre señales primaria y de referencia y vector de pesos inicial. Para un correcto filtrado se presenta un algoritmo de detección automática de complejos QRS en la señal EMG. Se analiza la influencia de la SNR en los parámetros de análisis, así como la de la carga en las pruebas de esfuerzo incremental. Finalmente se propone los filtros más adecuados para cada señal dependiendo del esfuerzo muscular. En el capítulo sexto se estudia en detalle las variaciones en sesgo, resolución y varianza de diferentes estimadores espectrales univariantes no paramétricos: periodograma de Welch y correlograma; y paramétricos: modelos AR, MA y ARMA, con cambios en algunas variables de estimación y ventanas utilizadas. Se analiza la influencia del estimador y de la variable de estimación en los parámetros frecuenciales y en la variabilidad entre ciclos respiratorios. A partir de este estudio se propone los mejores estimadores con sus variables correspondientes para la obtención de los parámetros relacionados con la actividad y fatiga muscular. Se presenta resultados en la población de pacientes con EPOC donde variaciones de un parámetro temporal y frecuenciales al principio y final de las pruebas respiratorias están relacionadas con el nivel de severidad pulmonar obstructiva del enfermo.En el capítulo siete se presenta una metodología de análisis basada en la unión de tres técnicas estadísticas multivariables y se aplica en el análisis de la actividad muscular respiratoria. En primer lugar se realiza un análisis multivariable de la varianza para el diseño de medidas repetidas mediante la definición de factores o efectos: ciclo, tramo y grupo. Se selecciona las variables de interés para separar grupos mediante diferentes contrastes. A continuación se propone un métodos de análisis factorial para obtener componentes principales con una elevada interpretación fisiológica. Por último se obtiene funciones del análisis discriminante que separa poblaciones de sujetos sanos y pacientes con EPOC con diferentes niveles de obstrucción respiratoria. Se evalúa la importancia de las pruebas y los instantes o efectos de las mismas (adaptación al esfuerzo, fatiga muscular, etc) que mejor separa los grupos en estudio. La metodología aportada permite analizar las estrategias de funcionamiento, actividad y fatiga del músculo respiratorio. Los resultados y conclusiones obtenidos detectan una diferente función muscular entre los sujetos sanos y pacientes con EPOC. Por tanto, el análisis de señales miográficas de músculos respiratorios puede convertirse en una herramienta no invasiva para estudiar patologías respiratorias.

El análisis cuantitativo y la interpretación de las señales electroencefalográficas (EEG) permiten la comprensión de la función cerebral, ayudando al diagnóstico de estados disfuncionales. Sin embargo, es conocido que cierta actividad de origen no cortical contribuye también en los registros de EEG, siendo el caso más crítico y relevante el producido por la contaminación debida a la actividad ocular. El método considerado gold standard en neuropsicofarmacología para la reducción de artefactos oculares en señales EEG está basado en la regresión lineal. Sin embargo, esta técnica no sólo reduce la contaminación ocular sino que también elimina cierta actividad cerebral. Por tanto, el desarrollo de nuevos métodos automáticos para la reducción de la actividad ocular presente en las señales EEG, que superen las limitaciones presentadas por los métodos actualmente más utilizados, constituye un paso definitivo en los ensayos clínicos dedicados a evaluar los efectos de un fármaco en el sistema nervioso central. El objetivo principal de la tesis es el diseño y evaluación objetiva de métodos automáticos de filtrado de artefactos oculares en señales EEG espontáneas para la mejora cuantitativa en los estudios de fármaco-EEG. Para ello, se estudian las diferentes situaciones de contaminación ocular en las señales EEG y su problemática bajo la situación de vigilia, mediante bases de datos de registros adquiridos en voluntarios sanos tras la administración de fármacos. Se describen los métodos clásicos de filtrado ocular y la implementación del nuevo método de filtrado automático basado en BSS. La situación más propicia para una evaluación objetiva de los diferentes métodos de filtrado ocular precisa la utilización de señales electrooculográficas (EOG) y EEG simuladas, donde las actividades ocular y cerebral puedan ser conocidas de antemano. Se generan señales simuladas a partir de la mezcla de las actividades ocular y cerebral (extraídas de señales EOG y EEG reales) mediante dos estrategias: mezclas instantáneas y mezclas convolutivas. Se realiza un análisis comparativo de la eficacia de los métodos de filtrado ocular en las señales simuladas. A continuación, se determina el impacto del filtrado ocular en la evaluación de los efectos inducidos por un fármaco en el cerebro, comparando el método propuesto basado en BSS con el procedimiento considerado gold standard.A partir de los resultados obtenidos se puede concluir que el método para la reducción de artefactos oculares basado en BSS propuesto en esta tesis doctoral muestra un mejor comportamiento que el método gold standard tanto en señales simuladas [Romero et al, 2008] [Romero et al, 2009a] como en señales reales [Romero et al, 2009b].Las aportaciones más relevantes de esta tesis son: 1) La implementación de un nuevo método completamente automático para el filtrado de la contaminación ocular en señales EEG. Este método está basado en los algoritmos de BSS AMUSE o SOBI indistintamente, se aplica a segmentos de corta duración, e incluye la detección automática de las componentes fuente asociadas a la actividad ocular. 2) La estimación de modelos MISO que reflejan la propagación de las actividades ocular y cerebral a lo largo del cuero cabelludo. Dichos modelos han permitido aportar información para aclarar la discusión acerca de la dependencia o independencia de la frecuencia en la propagación ocular. Estos resultados afirman que ambas propagaciones de la actividad ocular y cerebral pueden considerarse independientes de la frecuencia, y por tanto totalmente de acuerdo con lo esperado a partir del conocimiento biofísico existente. 3) La realización de una herramienta informática para el procesado de señales EEG en estudios de fármaco-EEG. Esta interfaz gráfica interactiva ya ha empezado a ser utilizada en diversos estudios de evaluación del efecto de un fármaco en el sistema nervioso central [Alonso et al., 2010], por el CIM del Hospital de la Santa Creu i Sant Pau de Barcelona. / Quantitative analysis and interpretation of electroencefalographic (EEG) signals are useful methods to study functional states of the brain, to evaluate drug effects and to diagnose psychiatric and neurological disorders. However, it is known that non-cortical interferences contribute to EEG recordings. Ocular artifacts are the most relevant and critical interference. The gold standard method in neuropsychopharmacology for reducing ocular contamination is based on linear regression. Nevertheless, this technique not only reduces the ocular contamination, but also cancels relevant cerebral information contained in the electrooculographic (EOG) recordings. In this way, the development of new automatic methods for reducing ocular artifacts in EEG signals, that solve the drawbacks shown by most common used techniques, is a crucial step in the clinical trials that assess the effects of a drug in the central nervous system. The aim of this PhD thesis is the design and the objective evaluation of automatic ocular filtering methods in spontaneous EEG signals in order to quantitatively improve the results and conclusions obtained in pharmaco-EEG studies. Thus, different ocular contamination situations in EEG signals are evaluated in order to understand this problematic situation during wakefulness by means of databases acquired from healthy volunteers after drug administration. The classical ocular filtering methods and the implementation of a new automatic procedure based on blind source separation (BSS) are described. The best situation for an objective evaluation of the different ocular reduction methods needs the use of simulated EOG and EEG signals, where ocular and cerebral activities can be known a priori. Simulated signals are generated from a linear mixture between ocular and cerebral activities (extracted from real EOG and EEG signals) by means of two strategies: instantaneous and convolutive mixing models. A comparative analysis of the effectiveness of the filtering methods on the simulated signals is performed. Next, the influence of ocular filtering procedures in the conclusions drawn from a pharmaco-EEG trial is assessed, comparing the method proposed in this PhD thesis based on BSS with the gold standard procedure.From the results obtained in time and frequency domain, it can be concluded that the method for reducing ocular artifacts based on BSS, developed in this PhD thesis, shows a better performance than the gold standard procedure in simulated signals [Romero et al, 2008] [Romero et al, 2009a] as much as in real signals [Romero et al, 2009b].The most relevant contributions of this thesis are: 1) The implementation of a new completely automatic method for reducing ocular contamination in EEG signals. This procedure is based on the BSS algorithms, AMUSE or SOBI indistinctly, it is applied in short duration segments, and it includes the automatic detection of the source components related to ocular activity. 2) The estimation of MISO models corresponding to the propagation of ocular and cerebral activities across the scalp. These models have contributed with interesting information about the discussion if ocular propagation is frequency dependent or independent. These results conclude that ocular and cerebral propagation can be considered practically frequency independent which is consistent to what would be expected from the biophysics knowledge. 3) The development of a computer tool for EEG signals processing in pharmaco-EEG studies. The Drug Research Center (CIM) of the Hospital de la Santa Creu i Sant Pau of Barcelona has started to use this interactive graphical user interface for evaluating the effect of a drug on the brain in several pharmaco-EEG studies [Alonso et al, 2010].

This thesis presents the development and assessment of imaging techniques in the millimeterwave (mmW) and terahertz frequency bands. In the first part of the thesis, the development of a 94 GHz passive screener based on a total-power radiometer (TPR) with mechanical beamscanning is presented. Several images have been acquired with the TPR screener demonstrator, either in indoor and outdoor environments, serving as a testbed to acquire the know-how required to perform the research presented in the following parts of the thesis. In the second part of the thesis, a theoretical research on the performance of near-field passive screeners is described. This part stands out the tradeoff between spatial and radiometric resolutions taking into account the image distortion produced by placing the scenario in the near-field range of the radiometer array. In addition, the impact of the decorrelation effect in the image has been also studied simulating the reconstruction technique of a synthetic aperture radiometer. Guidelines to choose the proper radiometer depending on the application, the scenario, the acquisition speed and the tolerated image distortion are given in this part. In the third part of the thesis, the development of a correlation technique with optical processing applicable to millimeter-wave interferometric radiometers is described. The technique is capable of correlating wide-bandwidth signals in the optical domain with no loss of radiometric sensitivity. The theoretical development of the method as well as measurements validating the suitability to correlate radiometric signals are presented in this part. In the final part of the thesis, the frequency band of the imaging problem is increased to frequencies beyond 100 GHz, covering the THz band. In this case the research is centered in tomographic techniques that include spectral information of the samples in the reconstructed images. The tomographic algorithm can provide detection and identification of chemical compounds that present a certain spectral footprint in the THz frequency band.

The explosive growth of wireless communications has brought new requirements in terms of compactness, mobility and multi-functionality that pushes antenna research. In this context, recon gurable antennas have gained a lot of attention due to their ability to adjust dynamically their frequency and radiation properties, providing multiple functionalities and being able to adapt themselves to a changing environment. A pixel antenna is a particular type of recon gurable antenna composed of a grid of metallic patches interconnected by RF-switches which can dynamically reshape its active surface. This capability provides pixel antennas with a recon guration level much higher than in other recon gurable architectures. Despite the outstanding recon guration capabilities of pixel antennas, there are important practical issues related to the performance-complexity balance that must be addressed before they can be implemented in commercial systems. This doctoral work focuses on the minimization of the pixel antenna complexity while maximizing its recon guration capabilities, contributing to the development of pixel antennas from a conceptual structure towards a practical recon gurable antenna architecture. First, the conceptualization of novel pixel geometries is addressed. It is shown that antenna complexity can be signi cantly reduced by using multiple-sized pixels. This multi-size technique allows to design pixel antennas with a number of switches one order of magnitude lower than in common pixel structures, while preserving high multiparameter recon gurability. A new conceptual architecture where the pixel surface acts as a parasitic layer is also proposed. The parasitic nature of the pixel layer leads to important advantages regarding the switch biasing and integration possibilities. Secondly, new pixel recon guration technologies are explored. After investigating the capabilities of semiconductors and RF-MEMS switches, micro uidic technology is proposed as a new technology to create and remove liquid metal pixels rather than interconnecting them. Thirdly, the full multi-parameter recon guration capabilities of pixel antennas is explored, which contrasts with the partial explorations available in the literature. The maximum achievable recon guration ranges (frequency range, beam-steering angular range and polarization modes) as well as the linkage between the di erent parameter under recon guration are studied. Finally, the performance of recon gurable antennas in beam-steering applications is analyzed. Figures-of-merit are derived to quantify radiation pattern recon gurability, enabling the evaluation of the performance of recon gurable antennas, pixel antennas and recon guration algorithms.

Los sistemas de electrificación autónomos basados en el uso de energías renovables son adecuados para electrificar comunidades rurales aisladas. Para su diseño existen herramientas de apoyo a la toma de decisiones, pero no abarcan algunas consideraciones técnicas y sociales, y/o no entran en el detalle específico del proyecto. En este contexto, el objetivo de esta tesis doctoral es desarrollar una metodología para ayudar en el diseño de sistemas de electrificación autónomos basados en las energías eólica y solar, que sea adecuada a las características económicas, técnicas y sociales de comunidades rurales de países en desarrollo, y que considere la opinión de todos los actores involucrados en el proyecto. La metodología de diseño propuesta se divide en 3 etapas principales: - La primera etapa consiste en realizar evaluaciones iniciales (socioeconómica, energética y técnica) para recopilar la información característica de la comunidad a electrificar. - La segunda etapa es el propio proceso de diseño en sí y se divide en 3 niveles de decisión, ordenados en función de la importancia de las decisiones a tomar. En concreto se estudia la influencia sobre el coste de modificaciones en la demanda (nivel 1), la gestión del sistema (nivel 2) y la seguridad del suministro (nivel 3). Cada nivel de decisión se estructura en 2 pasos: primero se generan diversas alternativas de electrificación con un modelo de programación lineal, incluyendo consideraciones técnicas y sociales; y segundo se selecciona la alternativa más adecuada en función de criterios económicos, técnicos y sociales, mediante la técnica multicriterio de la programación compromiso. - La tercera etapa, opcional, permite intentar mejorar el coste de la solución obtenida, manteniendo las decisiones previamente tomadas. Para la validación de este trabajo de investigación, dos expertos en el campo de la electrificación rural han actuado como hipotéticos usuarios de la metodología de diseño, y han realizado todo el proceso para las comunidades reales de El Alumbre y Alto Perú, ambas en Cajamarca (Perú). Se valida, de esta forma, que la metodología propuesta es adecuada para diseñar sistemas de electrificación autónomos. En concreto, permite personalizar la toma de decisiones de forma clara y estructurada, evaluando una gran cantidad de alternativas de electrificación y obteniendo unos resultados que concuerdan con las preferencias del usuario. / Autonomous electrification systems based on the use of renewable energies are suitable to electrify isolated rural communities. For its design there are decision-making support tools, but they do not cover some technical and social constraints and do not consider the specific detail of the project. In this context, the aim of this PhD is to develop a methodology for helping to the design of autonomous electrification systems based on wind and solar energies, which is appropriate to the economic, technical and social aspects of rural communities in developing countries, and which considers the views of all stakeholders involved in the project. The proposed design methodology is divided into 3 principal stages: - In the first stage characteristics from the community to electrify are gathered through some initial assessments (socio-economic, resource and technical). - The second stage is the design process itself and is divided into 3 decision levels, ordered according to the importance of the decisions to take. Specifically the influence on the cost of modifications on the demand (level 1), the system management (level 2) and the security of supply (level 3) are studied. Each decision level is divided into 2 steps: first several electrification alternatives are generated through a linear programming model, including technical and social considerations; second the most appropriate alternative is selected based on economic, technical and social criteria, through compromise programming multicriteria technique. - The third stage, optional, allows trying to improve the cost of the obtained solutions, maintaining previously taken decisions. To validate this research work, two experts in the field of rural electrification have acted as hypothetical users of the design methodology, and have carried out all the process for the real communities of El Alumbre and Alto Peru, both in Cajamarca (Peru). Thus, it is validated that the proposed methodology is suitable to design autonomous electrification systems. Specifically, it allows personalizing decision-making in a clear and structured way, evaluating many electrification alternatives and obtaining results that match user’s preferences up.

This work presents two speech hiding methods based on a bio-inspired concept known as the ability of adaptation of speech signals. A cryptographic model uses the adaptation to transform a secret message to a non-sensitive target speech signal, and then, the scrambled speech signal is an intelligible signal. The residual intelligibility is extremely low and it is appropriate to transmit secure speech signals. On the other hand, in a steganographic model, the adapted speech signal is hidden into a host signal by using indirect substitution or direct substitution. In the first case, the scheme is known as Efficient Wavelet Masking (EWM), and in the second case, it is known as improved-EWM (iEWM). While EWM demonstrated to be highly statistical transparent, the second one, iEWM, demonstrated to be highly robust against signal manipulations. Finally, with the purpose to transmit secure speech signals in real-time operation, a hardware-based scheme is proposed / Esta tesis presenta dos métodos de comunicación encubierta de señales de voz utilizando un concepto bio-inspirado, conocido como la “habilidad de adaptación de señales de voz”. El modelo de criptografía utiliza la adaptación para transformar un mensaje secreto a una señal de voz no confidencial, obteniendo una señal de voz encriptada legible. Este método es apropiado para transmitir señales de voz seguras porque en la señal encriptada no quedan rastros del mensaje secreto original. En el caso de esteganografía, la señal de voz adaptada se oculta en una señal de voz huésped, utilizando sustitución directa o indirecta. En el primer caso el esquema se denomina EWM y en el segundo caso iEWM. EWM demostró ser altamente transparente, mientras que iEWM demostró ser altamente robusto contra manipulaciones de señal. Finalmente, con el propósito de transmitir señales de voz seguras en tiempo real, se propone un esquema para dispositivos hardware.

In recent years, wireless sensor networks have attracted considerable attention in the research community. Their development, induced by technological advances in microelectronics, wireless networking and battery fabrication, is mainly motivated by a large number of possible applications such as environmental monitoring, industrial process control, goods tracking, healthcare applications, to name a few. Due to the unattended nature of wireless sensor networks, battery replacement can be either too costly or simply not feasible. In order to cope with this problem and prolong the network lifetime, energy efficient data transmission protocols have to be designed. Motivated by this ultimate goal, this PhD dissertation focuses on the design of collaborative beamforming schemes for wireless sensor networks with energy harvesting capabilities. On the one hand, by resorting to collaborative beamforming, sensors are able to convey a common message to a distant base station, in an energy efficient fashion. On the other, sensor nodes with energy harvesting capabilities promise virtually infinite network lifetime. Nevertheless, in order to realize collaborative beamforming, it is necessary that sensors align their transmitted signals so that they are coherently combined at the destination. Moreover, sensor nodes have to adapt their transmissions according to the amounts of harvested energy over time. First, this dissertation addresses the scenario where two sensor nodes (one of them capable of harvesting ambient energy) collaboratively transmit a common message to a distant base station. In this setting, we show that the optimal power allocation policy at the energy harvesting sensor can be computed independently (i.e., without the knowledge of the optimal policy at the battery operated one). Furthermore, we propose an iterative algorithm that allows us to compute the optimal policy at the battery operated sensor, as well. The insights gained by the aforementioned scenario allow us to generalize the analysis to a system with multiple energy harvesting sensors. In particular, we develop an iterative algorithm which sequentially optimizes the policies for all the sensors until some convergence criterion is satisfied. For the previous scenarios, this PhD dissertation evaluates the impact of total energy harvested, number of sensors and limited energy storage capacity on the system performance. Finally, we consider some practical schemes for carrier synchronization, required in order to implement collaborative beamforming in wireless sensor networks. To that end, we analyze two algorithms for decentralized phase synchronization: (i) the one bit of feedback algorithm previously proposed in the literature; and (ii) a decentralized phase synchronization algorithm that we propose. As for the former, we analyze the impact of additive noise on the beamforming gain and algorithm’s convergence properties, and, subsequently, we propose a variation that performs sidelobe control. As for the latter, the sensors are allowed to choose their respective training timeslots randomly, relieving the base station of the burden associated with centralized coordination. In this context, this PhD dissertation addresses the impact of number of timeslots and additive noise on the achieved received signal strength and throughput / En los últimos años, las redes de sensores inalámbricas han atraído considerable atención en la comunidad investigadora. Su desarrollo, impulsado por recientes avances tecnológicos en microelectrónica y radio comunicaciones, está motivado principalmente por un gran abanico de aplicaciones, tales como: Monitorización ambiental, control de procesos industriales, seguimiento de mercancías, telemedicina, entre otras. En las redes de sensores inalámbricas, es primordial el diseño de protocolos de transmisión energéticamente eficientes ya que no se contempla el reemplazo de baterías debido a su coste y/o complejidad. Motivados por esta problemática, esta tesis doctoral se centra en el diseño de esquemas de conformación de haz distribuidos para redes de sensores, en el que los nodos son capaces de almacenar energía del entorno, lo que en inglés se denomina energy harvesting. En primer lugar, esta tesis doctoral aborda el escenario en el que dos sensores (uno de ellos capaz de almacenar energía del ambiente) transmiten conjuntamente un mensaje a una estación base. En este contexto, se demuestra que la política de asignación de potencia óptima en el sensor con energy harvesting puede ser calculada de forma independiente (es decir, sin el conocimiento de la política óptima del otro sensor). A continuación, se propone un algoritmo iterativo que permite calcular la política óptima en el sensor que funciona con baterías. Este esquema es posteriormente generalizado para el caso de múltiples sensores. En particular, se desarrolla un algoritmo iterativo que optimiza las políticas de todos los sensores secuencialmente. Para los escenarios anteriormente mencionados, esta tesis evalúa el impacto de la energía total cosechada, número de sensores y la capacidad de la batería. Por último, se aborda el problema de sincronización de fase en los sensores con el fin de poder realizar la conformación de haz de forma distribuida. Para ello, se analizan dos algoritmos para la sincronización de fase descentralizados: (i) el algoritmo "one bit of feedback" previamente propuesto en la literatura, y (ii) un algoritmo de sincronización de fase descentralizado que se propone en esta tesis. En el primer caso, se analiza el impacto del ruido aditivo en la ganancia y la convergencia del algoritmo. Además, se propone una variación que realiza el control de lóbulos secundarios. En el segundo esquema, los sensores eligen intervalos de tiempo de forma aleatoria para transmitir y posteriormente reciben información de la estación base para ajustar sus osciladores. En este escenario, esta tesis doctoral aborda el impacto del número de intervalos de tiempo y el ruido aditivo sobre la ganancia de conformación.