Fuzzy logic has been applied successfully to systems modeling for ages. One of its main advantages is that it provides an understandable knowledge representation. Nevertheless, most investigations have focused their efforts on achieving accurate models and by doing so, they have omitted the linguistic capabilities of fuzzy logic.This thesis researches into the issues related to intelligible fuzzy models, because since science demonstrated the use of fuzzy logic when searching optimal models in terms of error (in fact a fuzzy model is a universal approximator), some but few investigators have focused their efforts in order to achieve really intelligible models in spite of losing some accuracy.In this work we propose a whole methodology able to find an intelligible fuzzy model in a local manner (rule by rule) from input-output data. In this sense we find the number and position of the necessary fuzzy sets and also the linguistic rules related to them. For this purpose we have developed a hierarchical process which takes into account several steps and techniques, some of which are original contributions.The resulting method is very simple and also intelligible. Therefore, this solution performs the final models with a low computational cost, but furthermore, allows the tuning of its different options depending on the nature of the problem and the characteristics of the users.In this thesis we explain the whole methodology and illustrate its advantages (but also its problems) with several examples which are benchmarks in most cases.

En aquest treball s'han desenvolupat tècniques de modelització molecular, concretament la teoria estadística dels fluids associants (en anglès, SAFT) i la simulació molecular (Monte Carlo i dinàmica molecular), i s'han aplicat a l'àrea de la termodinàmica molecular moderna. Les tècniques esmentades s'han utilitzat en l'estudi del comportament de propietats de sistemes fluids en equilibri termodinàmic, principalment equilibris líquid-vapor, però també coexistència líquid-líquid i comportament crític. També són objecte d'aquest treball de tesi les propietats d'interfases planes des d'un enfoc de la SAFT juntament amb la teoria del gradient de la densitat. Els sistemes reals tractats inclouen n-alcans purs, 1-alcanols, n-perfluoroalcans, hidrogen, oxigen, xenó, diòxid de carboni i algunes de les seves mescles.En la memòria de la tesi es troba un resum més extens. / This work concerns the development of tools from molecular modelling, specifically Statistical Associating Fluid Theory (SAFT) and molecular simulation (both Monte Carlo and molecular dynamics), and their application in the modern molecular thermodynamics area. These tools have been used to study the behaviour of bulk properties of fluid systems at thermodynamic equilibrium, mainly vapour-liquid equilibria, but also liquid-liquid coexistence and critical behaviour. Properties of planar interfaces from a SAFT together with a density gradient approach are also subject of this work. The real systems treated include pure n-alkanes, 1-alkanols, n-perfluoroalkanes, hydrogen, oxygen, xenon, carbon dioxide and a number of mixtures of them.The thesis report contains an extended abstract. / En este trabajo se han desarrollado técnicas de modelado molecular, concretamente la teoría estadística de los fluidos asociantes (en inglés, SAFT) y la simulación molecular (Monte Carlo y dinámica molecular), y se han aplicado en el área de la termodinámica molecular moderna. Las técnicas mencionadas se han utilizado en el estudio del comportamiento de propiedades de sistemas fluidos en equilibrio termodinámico, principalmente equilibrios líquido-vapor, pero también coexistencia líquido-líquido y comportamiento crítico. También son objeto de este trabajo de tesis las propiedades de interfases planas desde un enfoque de la SAFT juntamente con la teoría del gradiente de la densidad. Los sistemas reales tratados incluyen n-alcanos puros, 1-alcanoles, n-perfluoroalcanos, hidrógeno, oxígeno, xenón, dióxido de carbono y algunas de sus mezclas.En la memoria de la tesis se halla un resumen más extenso.

El tema d'aquesta tesi és el desenvolupament de mètodes de fitació per a una classe de models de confiabilitat basats en cadenes de Markov de temps continu (CMTC) de sistemes tolerants a fallades.Els sistemes considerats a la tesi es conceptualitzen com formats per components (hardware o software) que fallen i, en el cas de sistemes reparables, són reparats. Els components s'agrupen en classes de forma que els components d'una mateixa classe són indistingibles. Per tant, un component és considerat com a una instància d'una classe de components i el sistema inclou un bag de classes de components definit sobre un cert domini. L'estat no fallada/fallada del sistema es determina a partir de l'estat no fallada/fallada dels components mitjançant una funció d'estructura coherent que s'especifica amb un arbre de fallades amb classes d'esdeveniments bàsics. (Una classe d'esdeveniment bàsic és la fallada d'un component d'una classe de components.)La classe de models basats en CMTC considerada a la tesi és força àmplia i permet, per exemple, de modelar el fet que un component pot tenir diversos modes de fallada. També permet de modelar fallades de cobertura mitjançant la introducció de components ficticis que no fallen per ells mateixos i als quals es propaguen les fallades d'altres components. En el cas de sistemes reparables, la classe de models considerada admet polítiques de reparació complexes (per exemple, nombre limitat de reparadors, prioritats, inhibició de reparació) així com reparació en grup (reparació simultània de diversos components). Tanmateix, no és possible de modelar la reparació diferida (és a dir, el fet de diferir la reparació d'un component fins que una certa condició es compleixi).A la tesi es consideren dues mesures de confiabilitat: la no fiabilitat en un instant de temps donat en el cas de sistemes no reparables i la no disponibilitat en règim estacionari en el cas sistemes reparables.Els mètodes de fitació desenvolupats a la tesi es basen en el concepte de "distància a la fallada", que es defineix com el nombre mínim de components que han de fallar a més dels que ja han fallat per fer que el sistema falli.A la tesi es desenvolupen quatre mètodes de fitació. El primer mètode dóna fites per a la no fiabilitat de sistemes no reparables emprant distàncies a la fallada exactes. Aquestes distàncies es calculen usant el conjunt de talls mínims de la funció d'estructura del sistema. El conjunt de talls mínims s'obté amb un algorisme desenvolupat a la tesi que obté els talls mínims per a arbres de fallades amb classes d'esdeveniments bàsics. El segon mètode dóna fites per a la no fiabilitat usant fites inferiors per a les distàncies a la fallada. Aquestes fites inferiors s'obtenen analitzant l'arbre de fallades del sistema, no requereixen de conèixer el conjunt de talls mínims i el seu càlcul és poc costós. El tercer mètode dóna fites per a la no disponibilitat en règim estacionari de sistemes reparables emprant distàncies a la fallada exactes. El quart mètode dóna fites per a la no disponibilitat en règim estacionari emprant les fites inferiors per a les distàncies a la fallada.Finalment, s'il·lustren les prestacions de cada mètode usant diversos exemples. La conclusió és que cada un dels mètodes pot funcionar molt millor que altres mètodes prèviament existents i estendre de forma significativa la complexitat de sistemes tolerants a fallades per als quals és possible de calcular fites ajustades per a la no fiabilitat o la no disponibilitat en règim estacionari. / The subject of this dissertation is the development of bounding methods for a class of continuous-time Markov chain (CTMC) dependability models of fault-tolerant systems.The systems considered in the dissertation are conceptualized as made up of components (hardware or software) that fail and, for repairable systems, are repaired. Components are grouped into classes, the components of the same class being indistinguishable. Thus, a component is regarded as an instance of some component class and the system includes a bag of component classes defined over a certain domain. The up/down state of the system is determined from the unfailed/failed state of the components through a coherent structure function specified by a fault tree with basic event classes. (A basic event class is the failure of a component of a component class.)The class of CTMC models considered in the dissertation is quite wide and allows, for instance, to model the fact that a component may have different failure modes. It also allows to model coverage failures by means of introducing fictitious components that do not fail by themselves and to which uncovered failures of other components are propagated. In the case of repairable systems, the considered class of models supports very complex repair policies (e.g., limited repairpersons, priorities, repair preemption) as well as group repair (i.e., simultaneous repair of several components). However, deferred repair (i.e., the deferring of repair until some condition is met) is not allowed.Two dependability measures are considered in the dissertation: the unreliability at a given time epoch for non-repairable systems and the steady-state unavailability for repairable systems.The bounding methods developed in the dissertation are based on the concept of "failure distance from a state," which is defined as the minimum number of components that have to fail in addition to those already failed to take the system down.We develop four bounding methods. The first method gives bounds for the unreliability of non-repairable fault-tolerant systems using (exact) failure distances. Those distances are computed using the set of minimal cuts of the structure function of the system. The set of minimal cuts is obtained using an algorithm developed in the dissertation that obtains the minimal cuts for fault trees with basic event classes. The second method gives bounds for the unreliability using easily computable lower bounds for failure distances. Those lower bounds are obtained analyzing the fault tree of the system and do not require the knowledge of the set of minimal cuts. The third method gives bounds for the steady-state unavailability using (exact) failure distances. The fourth method gives bounds for the steady-state unavailability using the lower bounds for failure distances.Finally, the performance of each method is illustrated by means of several large examples. We conclude that the methods can outperform significantly previously existing methods and extend significantly the complexity of the fault-tolerant systems for which tight bounds for the unreliability or steady-state unavailability can be computed.

El sector de los videojuegos ha estado en continuo crecimiento desde su aparición. Una muestra de ello es que, por ejemplo, la economía de los EUA tuvo un crecimiento de su PIB entre los años 2001 y 2004 (última época de crecimiento del PIB desde el año 2000) próximo al 3 %, en cambio, el mercado de los videojuegos creció en el mismo periodo cerca del 20%. A principios de milenio, la industria del videojuego tenía unos volúmenes de ingresos, clientes y trabajadores similares a los de la industria del cine y la música. Actualmente, el mercado del videojuego genera más beneficios que la música y el cine. Se ha llegado a una situación donde el videojuego tiene una hegemonía total sobre el resto de competidores de ocio doméstico; muestra de ello, son los datos sobre beneficios de la industria del videojuego, aportados en el año 2002, comprendidos entre 7 y 9 billones de dólares, sobrepasando así, los beneficios de la industria cinematográfica de Hollywood valorada en 8.1 billones. Este hecho ha sido posible debido a que durante los últimos años los videojuegos han ido expandiendo su ámbito de uso, pasando de la práctica en casa, a un modelo de accesibilidad totalmente ubicuo, donde es posible jugar desde cualquier parte haciendo uso de dispositivos móviles conectados a través de redes de datos (Internet, 3G. . . ). Acorde con su naturaleza, estos juegos se conocen como juegos masivos multijugador en red o con su nombre anglosajón MassivelyMultiplayer Online Games (MMOG). Dada la importancia económica y social de los MMOG, en el presente trabajo de tesis nos hemos centrado en estudiar y modelar este tipo de aplicaciones con el fin de mejorar la eficiencia de su ejecución. En la actualidad, la ejecución de este tipo de aplicaciones se lleva a cabo mayoritariamente mediante arquitecturas basadas en el paradigma Cliente-Servidor. Esto comporta que las infraestructuras de servidores y redes de conexión utilizadas para la ejecución de los MMOG sean frecuentemente actualizadas a costa de desembolsar grandes cantidades de dinero. Sin embargo, la afluencia masiva de nuevos usuarios (o jugadores) de este tipo de aplicaciones sigue comprometiendo día a día la escalabilidad de estas infraestructuras. Es por eso que existe una creciente línea de investigación, basada en solucionar estos problemas de escalabilidad presentes en las infraestructuras que dan servicio a los juegos MMOG. Una de las posibles soluciones, en las que se está centrando la comunidad científica, es en la ejecución paralela de los juegos MMOG, con el fin de distribuir la carga computacional que se genera y mejorar, de este modo, la eficiencia en su ejecución. Sin embargo, aplicar técnicas de computación paralela a las aplicaciones tipo MMOG es una tarea compleja, ya que este tipo de aplicaciones tienen un grado de dinamismo muy elevado, hecho que dificulta la generación de un modelo abstracto donde se identifiquen fácilmente la procedencia u orden de tareas. Por tanto, dividir este tipo de aplicaciones en un conjunto de tareas con el fin de asignarlas (o mapearlas) a distintos nodos de procesamiento resulta ser todo un desafío para la comunidad científica. Dentro de este marco, el presente trabajo de tesis se centra en la necesidad de presentar una solución para la ejecución de este tipo de aplicaciones MMOG en un entorno distribuido, donde el sistema sea capaz de crecer acorde con la demanda de servicios, al mismo tiempo que la calidad de servicio no se vea afectada. En este sentido se ha desarrollado una solución que afronta el problema desde una perspectiva global basada en dos fases. En una primera fase se estudia el comportamiento y las necesidades de recursos de cómputo de las aplicaciones MMOG, y se identifican las características diferenciales de los distintos tipos de juegos que existen. En una segunda fase, y a partir del modelo de comportamiento, se propone una arquitectura híbrida, formada por una parte central y una distribuida, que permite la ejecución paralela de juegos MMOG, aportando escalabilidad y eficiencia. Para ello se desarrollan un conjunto de políticas de asignación de tareas de cómputo, para ser ejecutadas concurrentemente, que explotan el sistema paralelo, contemplando a la vez, las características intrínsecas de los juegos en su modo de ejecución.

Traditionally, the sea has been considered as the ultimate sink of most pollutions, due to its huge volume and assimilating capacities, and the coastal waters, because of their intermediate position between deep seas and human activities, has been acting as a buffer zone. However, during the past years, the interest in environmental issues in general, and in the conservation of the water quality in coastal regions, in particular, has steadily increased. For coastal waters, this growing interest can be related to the increase in population and industrial activity along rivers and on coastal areas, which poses an important threat on coastal ecosystems, and may limit the use of coastal waters for human activity. This problem is drastically increased during the tourist season, when a large number of tourists tend to favour coastal resorts. Although at different scales, both the discharge of wastewater from a marine outfall or the discharge of nutrient- or sediment-laden freshwater from a river play an important role in many physical, chemical and biological processes, which in turn may affect the human use (recreational, economical, etc), of coastal waters. It is important, therefore, to be able to model these processes in order to optimise the multiple uses of coastal waters, accommodating the economical interests to marine production and recreation. The present thesis describes the development, validation and application to real cases of a three-dimensional numerical model for substance (pollution) transport in coastal waters, which can be applied to a wide range of situations, as marine outfall discharges, river freshwater discharges or sediment transport. The three-dimensional advection-diffusion equation is solved using a random walk Lagrangian particle formulation, in which the substance to be transported is divided into discrete "packets" that are moved around due to the effects of the transport mechanisms relevant in coastal waters. Transport induced by currents, waves, and turbulent diffusion is included in the model calculations, together with other mechanisms such as sediment settling and resuspension, buoyancy effects due to density differences, and microbiological inactivation. Specific formulations have been developed to account for the transport due to the initial discharge velocity, for buoyant transport in the frame of particle models in waterbodies, for sediment resuspension, and to increase the efficiency of the model by uncoupling the nearfield modelling from that of the farfield. Concentration distributions are obtained at the end of the simulation by mapping the position of the resulting set of discrete particles onto the nodes of a grid, that may be deformable, employing different optional methods. This transport model has been validated using several test cases of known analytical solution, and has been applied to a series of real cases for which numerical results could be compared to observational evidence (such as experimental data, video recordings and satellite images). The comparison yields a good agreement between observational evidence and modelled data, and reveals that the model can be applied to a wide range of transport problems in various environments.

Introduction of wireless communications systems in railway communications are at the origin of this thesis. Ifercat, the company in charge of the development of Línia 9 of Barcelona Metro, decided that wireless systems were employed in order to increase efficiency and safety. For this reason, characterisation of ISM 5.8GHz band in tunnel environments for broad band wireless train communications becomes necessary. Tunnel environments constitute harsh environments due to humidity, obstacles, power systems, moving trains, curves¿ The Automatic Train Control system requires a 20MHz bandwidth for train-to-ground video transmission in order to get on-board information and surveillance. Given that Línia 9 was at the early stages of its development at the beginning of the study, a dual-polarised spectral simulator was developed first. Spectral techniques work in both spatial and spatial-frequency domain and are extremely adaptable to changes in the tunnel cross section as the wave front passes down the tunnel. Efficiency of this technique comes from the well-known properties of FFT algorithms. Spectral techniques provide good near-field predictions and can model different antenna configurations easily. On the other hand, boundary conditions present some issues that must be overcome. Long tunnels also represent a problem in terms of required memory space. The parabolic equation has been used to enhance the performance of spectral techniques far from the source. They complement each other well because parabolic conditions require smooth variations in one direction, thus far from the source, where only field components propagating parallel to the tunnel axis remain, in order to provide accurate results. Application of Leontovich boundary conditions ensures proper solution at the change of media and its low computational cost permits acceleration of predictions. These two techniques are then combined to verify the measurement campaigns developed at metro tunnels during the thesis. MIMO schemes are used to enhance the system throughput and simulation predictions are compared to measurements with good results. The work presented in this thesis consisted first on implementing both simulators and verifying their correct behaviour with theoretical analytical solutions. Secondly, predictions are compared with measurement campaigns carried out in Barcelona Metro environments. The study focuses on EM attenuation, field distribution, fading characterisation, antenna location and MIMO processing at the frequency band of interest.

[ES] En esta tesis de doctorado se utiliza el modelado matemático de zonas térmicas para evaluar la capacidad del control en modos deslizantes, para regular la temperatura interna de un caso de estudio. Se utiliza la técnica de parámetros agrupados para representar los espacios cerrados, que al ser complementada con mediciones experimentales y algoritmos de optimización, permitió construir un simulador para reproducir con una precisión de más del 97% las condiciones del modelo estudiado, y que permitió estudiar el sistema en general mientras se introducen perturbaciones o variaciones en los parámetros del modelo. Inicialmente se utilizaron modelos de escala reducida para caracterizar el efecto termo-aislante de la solución Thermo Skold sobre la temperatura interna, se caracterizó el efecto de la pintura sobre cada uno de los parámetros de transmisión de calor del caso de estudio, lo que permitió entender los ahorros y resultados obtenidos experimentalmente. Posteriormente, se utilizaron los modelos de escala reducida para evaluar la técnica de control en modos deslizantes, por lo que se modeló, simuló y veri ficó experimentalmente la efectividad de la técnica para mantener una temperatura de referencia ja, con un error inferior al 2 %. En la etapa final de la tesis se utilizó un domo geodésico como caso de estudio, el cual fue modelado con un circuito eléctrico propuesto para sus características específi cas. Se realizaron medidas experimentales de las condiciones térmicas del domo geodésico, con las cuales se ajustó el simulador utilizando el algoritmo de optimización Búsqueda de Patrones. Gracias al simulador desarrollado se estudiaron las condiciones de confort térmico y las necesidades de refrigeración del domo, considerando diferentes situaciones y cargas internas por ocupantes y sistemas de refrigeración. / [EN] In this doctoral thesis, the mathematical modeling of thermal zones is used to evaluate the ability of the control in sliding modes, to regulate the internal temperature of a case study. The grouped parameters technique is used to represent the closed spaces, which, when complemented with experimental measurements and optimization algorithms, allowed the construction of a simulator to reproduce the conditions of the model studied with an accuracy of more than 97 %, which allowed studying the system in general while introducing disturbances or variations in the model parameters. Initially, reduced-scale models were used to characterize the thermal insulating effect of the Thermo Skold solution on the internal temperature. The impact of the painting on each one of the heat transfer parameters was studied, which allowed us to understand the savings and results obtained experimentally. Subsequently, the reduced scale models were used to evaluate the control technique in sliding modes, so the effectiveness of the technique was modeled, simulated and verified experimentally to maintain a fixed reference temperature, with an error of less than 2%. In the final stage of the thesis, a geodesic dome was used as a case study, which was modeled with an electrical circuit proposed for its specific characteristics. Experimental measurements of the thermal conditions of the geodesic dome were made, with which the simulator was adjusted using the Pattern Search optimization algorithm. Thanks to the simulator developed, the thermal comfort conditions and the cooling needs of the dome were studied, considering different situations and internal loads by occupants and cooling systems. / [CA] En aquesta tesi de doctorat s'utilitza el modelatge matemàtic de zones tèrmiques per avaluar la capacitat de l'control en maneres lliscants, per regular la temperatura interna d'un cas d'estudi. S'utilitza la tècnica de paràmetres agrupats per representar els espais tancats, que a l'ésser complementada amb mesuraments experimentals i algoritmes d'optimització, va permetre construir un simulador per reproduir amb una precisió de més de l' 97 % les condicions de el model estudiat, i que va permetre estudiar el sistema en general mentre s'introdueixen pertorbacions o variacions en els paràmetres de el model. Inicialment es van utilitzar models d'escala reduïda per caracteritzar l'efecte termo-aïllant de la solució Thermo Skold sobre la temperatura interna, es va caracteritzar l'efecte de la pintura sobre cadascun dels paràmetres de transmissió de calor de l' cas d'estudi, el que va permetre entendre els estalvis i resultats obtinguts experimentalment. Posteriorment, es van utilitzar els models d'escala reduïda per avaluar la tècnica de control en maneres lliscants, de manera que es va modelar, simular i va verificar experimentalment l'efectivitat de la tècnica per mantenir una temperatura de referència fixa, amb un error inferior a el 2 % . En l'etapa final de la tesi es va utilitzar un dom geodèsic com a cas d'estudi, el qual va ser modelat amb un circuit elèctric proposat per les seves característiques especifiques. Es van realitzar mesures experimentals de les condicions tèrmiques de l'dom geodèsic, amb les quals es va ajustar el simulador utilitzant l'algoritme d'optimització Cerca de Patrons. Gràcies a el simulador desenvolupat es van estudiar les condicions de confort tèrmic i les necessitats de refrigeració de la cúpula, considerant diferents situacions i càrregues internes per ocupants i sistemes de refrigeració. / Al programa de becas de doctorados nacionales convocatoria 727 de Colciencias, por todos los recursos aportados durante el desarrollo de mis estudios. Finalmente, a la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales y a la Universidad Politècnica de Valencia, que con sus programas de doctorado en ingeniería automática y matemáticas aplicadas contribuyeron en mi formación como investigador. / Florez Montes, F. (2020). Análisis dinámico del confort en edificios con estrategias de control adaptativo en modos deslizantes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153803