Implementación de algoritmos de ensamblaje de genomas en sistemas de memoria compartida y memoria distribuida

El desarrollo de algoritmos ensambladores de genes y la utilización de estos está viviendo un aumento muy espectacular en los últimos años. Debido a las mejoras ofrecidas en los dispositivos hardware de los numerosos supercomputadores que existen hoy en día se pueden realizar experimentos científicos de una manera más asequible que hace unos años. Este proyecto servirá como introducción en el complejo mundo de algoritmos científicos, más concretamente en algoritmos ensambladores de genomas. Veremos de primera mano cómo utilizar estas nuevas tecnologías, con ejemplos sencillos, pero con un desarrollo lo bastante importante para darnos una idea del funcionamiento de todas las fases de experimentación que engloban los algoritmos ensambladores y la utilización de la programación paralela en supercomputadores. Concretamente en este proyecto se van a analizar exhaustivamente una serie de algoritmos ensambladores que serán probados en uno de los supercomputadores más potentes de España, el Magerit 2. En estas pruebas vamos a proceder al ensamblado de genomas de tres tipos de organismos como bacterias (Staphylococcus Aureus, y Rhodobacter Sphaeroides) y una prueba gran escala con el genoma del Cromosoma 14 del Homo Sapiens Sapiens (Ser humano). Después procederemos a la comparación de todos los resultados obtenidos para poder comprobar que algoritmos realizan mejor su trabajo y ajustar dicha decisión a las necesidades que tenemos actualmente para buscar un algoritmo eficaz.

Tipos de distribución de la práctica: práctica distribuida y práctica masiva

El propósito del presente estudio es comparar dos modelos de distribución de la práctica a la hora de enseñar las disciplinas de salto de longitud y lanzamiento de jabalina. El modelo 1 será el de “práctica distribuida” y el modelo 2 será el de “práctica masiva”. Durante un mesociclo de 6 semanas se llevarán a cabo dos tipos de programación con dos grupos heterogéneos pero iguales entre ellos, y se intentará demostrar cuál de las dos es más adecuada en función de los resultados conseguidos, tanto cualitativos como cuantitativos, en una competición final. Además, un mes después se les realizará a los alumnos de manera individual un cuestionario verbal con las preguntas con las que fue evaluada su actuación práctica para conocer si los resultados obtenidos en la realización práctica se corresponden con el aprendizaje teórico de la prueba en cuestión.

Aplicación distribuida para la monitorización y diagnosis de automóviles

En este proyecto se va desarrollar una aplicación distribuida para la diagnosis y monitorización de automóviles. Se pretende poder realizar estas funciones en prácticamente cualquier automóvil del mercado (con fabricación a partir del año 1996 para el caso de automóviles gasolina y para el año 2000 en el caso de automóviles diésel) de manera remota, aprovechando la conectividad a Internet que actualmente brindan la mayoría de los smartphones. La viabilidad del proyecto reside en la existencia de estándares para la diagnosis de la electrónica del motor. Para poder llevar a cabo esta tarea, se empleará una interfaz de diagnóstico ELM327 bluetooth, que servirá de enlace entre el vehículo y el teléfono móvil del usuario y que a su vez se encargara de enviar los datos que reciba del vehículo a un terminal remoto. De esta manera, se tendrá la aplicación dividida en dos partes: por un lado la aplicación que se ejecuta en el terminal móvil del usuario que actuará como parte servidora, y por el otro la aplicación cliente que se ejecutará en un terminal remoto. También estará disponible una versión de la aplicación servidora para PC. El potencial del proyecto reside en la capacidad de visualización en tiempo real de los parámetros más importantes del motor del vehículo y en la detección de averías gracias a la funcionalidad de lectura de la memoria de averías residente en el vehículo. Así mismo, otras funcionalidades podrían ser implementadas en posteriores versiones de la aplicación, como podría ser el registro de dichos parámetros en una base de datos para su posterior procesado estadístico; de este modo se podría saber el consumo medio, la velocidad media, velocidad máxima alcanzada, tiempo de uso, kilometraje diario o mensual… y un sin fin de posibilidades. ABSTRACT. In this project a distributed application for car monitor and diagnostic is going to be developed. The idea is to be able to connect remotely to almost any car (with production starting in 1996 in the case of petrol engines and production starting in 2000 in case of diesel engines) using the Internet connection available in almost every smartphone. The project is viable because of the existence of standards for engine electronic unit connection. In order to do that, an ELM327 bluetooth interface is going to be used. This interface works as a link between the car and the smartphone, and it is the smartphone which sends the received data from the car to a remote terminal (computer). Thus, the application is divided into two parts: the server which is running on smartphone and the client which is running on a remote terminal. Also there is available a server application for PC. The potential of the project lies in the real-time display data capacity of the most important engine parameters and in the diagnostic capacity based on reading fault memory. In addition, other features could be implemented in later versions of the application, as the capacity of record data for future statistic analysis. By doing this, it is possible to know the average fuel consumption, average speed, maximum speed, time of use, daily or monthly mileage… and an endless number of possibilities.

Procesamiento y almacenamiento distribuido de imágenes basados en grafos: Aplicación para recuperación de información en imágenes muy grandes

El almacenamiento y tratamiento de señales digitales es un campo muy importante de la informática. Dichas señales contienen información valiosa que ha de ser extrada y transformada para poder ser utilizada. En la presente tesis doctoral se han creado métodos para almacenar, procesar y recuperar información de las regiones contenidas en una imagen, en especial en imágenes de gran tamaño. Como base del trabajo se ha diseñado una estructura de datos de tipo grafo para poder almacenar todas las regiones contenidas en una imagen. En esta estructura de datos se pueden guardar tanto los descriptores de bajo nivel de las regiones como las relaciones estructurales entre las distintas regiones de la imagen. En los sistemas de almacenamiento de imágenes es una práctica habitual distribuir las imágenes para mejorar el rendimiento. Más allá de este tipo de distribución, una característica distintiva y novedosa de la estructura de datos creada en la presente investigación es que puede funcionar de forma distribuida de manera que una imagen grande puede ser dividida en varias subimagenes, y dichas sub-imágenes pueden ser almacenadas de forma separada en varios servidores. También se han adaptado algunos métodos y algoritmos pertenecientes a la Morfología Matemática para trabajar directamente sobre la estructura de datos distribuida. De esta manera, se pueden procesar todas las sub-imágenes de una misma imagen sin necesidad de reconstruir la imagen inicial. Finalmente, haciendo uso de la estructura de datos y de los métodos desarrollados se ha creado un prototipo de sistema multi-agente capaz de almacenar y procesar imágenes grandes. Este prototipo permite realizar consultas para recuperar información perteneciente a regiones de una imagen almacenada en el sistema sin necesidad de volver a ser procesada. En la experimentación realizada, resumida en los resultados presentados, se muestra que la división y distribución de una imagen en varias sub-imágenes reduce los tiempos de almacenamiento, procesamiento y recuperación de la información.

Diseño de un Modelo Metodologico para la Fase de Prospectiva en los Estudios de Ordenamiento Territorial y su Aplicación a Algunos Casos Centroamericanos

La prospectiva, es un conjunto de análisis con el fin de explorar o predecir el futuro; “se puede concebir como una realización múltiple” (Jouvenel, 1968) y “depende de la acción del hombre” (Godet, 2004); por esa razón, el hombre puede construir el futuro mejor, para lo cual debe tomar las decisiones correctas en el momento apropiado. En ordenamiento territorial, la prospectiva, constituye una fase intermedia, entre el diagnóstico y la propuesta, y se refiere a la predicción del futuro, mediante dos vías: la proyección de la tendencia y la construcción de escenarios o imágenes futuras; se denomina escenario, a la descripción de una situación territorial futura y el encadenamiento coherente de sucesos que, partiendo de la situación actual, llega a la futura (Gómez Orea, 2008); pueden identificarse múltiples escenarios por la combinación de variables; no obstante, esta tesis se centra en el diseño de tres: el tendencial, el óptimo por analogías con otros territorios a los que se desee aspirar, y uno intermedio entre los anteriores, que parte del consenso de la mayoría de voluntades políticas y ciudadanas. Existen escasas experiencias metodológicas, y en especial, aplicables a los planes de ordenamiento territorial de Centroamérica. En la mayoría de casos estudiados, se identifica la participación como herramienta básica en el diseño de los escenarios; un modelo exclusivamente técnico está abocado al fracaso. En la tesis se diseña una metodología para elaborar la fase de prospectiva en los planes de ordenamiento territorial de Centroamérica; se entiende como un metamodelo, es decir, un "modelo general formado por submodelos específicos"; además del modelo general, se diseñan los submodelos: demográfico, ambiental, poblamiento y económico; para la elaboración de los mismos se usan herramientas; algunas han sido definidas por investigadores y otras se diseñan en este trabajo. Se establece un orden de prelación para el desarrollo de los submodelos; no se recomienda la alteración del mismo, pues el resultado será distinto y erróneo. Se inicia con el submodelo demográfico; se analizan cuatro variables: población total, población distribuida en municipios, población urbana y rural, y población por edades y sexos. Se propone que el cálculo de la población total se determine por métodos clásicos, tasas de crecimiento o cohortes. Posteriormente se realiza la distribución en municipios, urbana‐rural y en los asentamientos; en el escenario tendencial se proyecta por cohortes o tasas de crecimiento, y en el óptimo e intermedio, se considera un análisis de los limitantes al desarrollo urbano, priorizando la distribución de unos municipios y núcleos con respecto a otros. Con la proyección demográfica se desarrolla el submodelo ambiental; se consideran las variables: usos del suelo, unidades ambientales con los usos del suelo predominantes, áreas naturales protegidas, y áreas de amenazas naturales; estas últimas son sumamente importantes en el territorio centroamericano, dada la vulnerabilidad existente; para la proyección de los usos del suelo predominantes se diseña una herramienta donde se establecen los usos del suelo según unidades ambientales en diferentes escenarios, aplicando imágenes multitemporales y la capacidad de acogida del territorio. Una vez definidos los anteriores, se proyecta el submodelo de poblamiento; se proponen: el tamaño, la clasificación, la superficie, la diferenciación y agrupación de los asentamientos; se define el sistema de asentamientos a partir de las variables demográficas y ambientales; para ello se aplica un análisis multivariable‐multicriterio donde se establece la jerarquía de los núcleos de población, y posteriormente se establece la superficie que ocuparan y su forma. A continuación, se propone la prospectiva del submodelo económico, en cuanto a las variables: población económicamente activa (PEA), producción, empleo, desglose por sectores económicos, y la zonificación de suelos de desarrollo económico; luego se añade la prospectiva del submodelo de infraestructuras. Finalmente, se procede a la representación cartográfica, mediante el uso de herramientas SIG (Sistemas de Información Geográfica); para la representación de los escenarios se diseñan mapas, que sean fácilmente comprensibles por los líderes políticos, actores socioeconómicos y por la ciudadanía ("clientes" finales del plan). La metodología de investigación se ha basado en ciclos repetitivos de observación de la realidad en trabajos profesionales, elaboración del modelo y submodelos y verificación posterior mediante su aplicación a casos reales. En consecuencia los submodelos anteriores se han ido desarrollando y verificando en la elaboración de numerosos planes en Centroamérica, de los cuales en la tesis se exponen los dos más expresivos: El Plan de Desarrollo Territorial de la Región de San Miguel, en El Salvador y El Plan de Ordenamiento Territorial de la Región del Valle del Lean, Honduras. El modelo no es aplicable íntegramente a otros territorios; se ha diseñado considerando las características centroamericanas: fuerte crecimiento poblacional, tenencia de la tierra, crecimiento lineal en las principales carreteras, cultivos de autoconsumo (granos básicos) en laderas y montañas, vulnerabilidad ante las amenazas naturales, bajo nivel de tecnificación, entre otras. El modelo posibilita realizar análisis de sensibilidad y el diseño de múltiples escenarios por combinación de variables, dado que se plantean ecuaciones y algoritmos que usan diferentes hipótesis; las limitantes son el tiempo y la disponibilidad de recursos, algo escaso en la redacción de los planes de ordenamiento territorial. Finalmente, la tesis constituye una aportación a los planificadores; espero que ello contribuya a profundizar en este interesante campo de actividad.

Caracterización de agricultores/as beneficiarios de las escuelas de campo y análisis de la seguridad alimentaria y nutricional en San José de Cusmapa (Nicaragua)

San José de Cusmapa es uno de los municipios más pobres de Nicaragua con un índice de desarrollo humano (IDH) de 0,517 (FAO, 2010). Se clasifica como un municipio de “Pobreza severa” (el 69% de sus hogares se encuentran bajo el umbral de “Pobreza extrema”, usando el método de las Necesidades Básicas Insatisfechas, NBI, según el Mapa de Pobreza de Nicaragua más reciente). Su población rural es de 7072 habitantes de los cuales 3474 con mujeres, está distribuida en 26 comunidades. Su población se caracteriza por una elevada tasa de analfabetismo, 26% en mujeres y 29% en hombres (INIDE, 2008) y con una vulnerabilidad alimentaria registrada en un 58% y 27% de tasa de desnutrición crónica y desnutrición crónica severa (SICA, 2011). El tipo de clima y el relieve condiciona tanto la agricultura como las vías de comunicación, viéndose limitado el acceso a servicios básicos. Lo que junto con las condiciones poco favorables de producción de alimentos, la sobreexplotación del terreno y la degradación de los recursos naturales hacen que tengan una alimentación deficiente y una precaria economía familiar, aumentando la vulnerabilidad de los campesinos, que dificulta la diversificación de sus fuentes de ingreso y el acceso a nuevos mercados. Para mejorar las crisis alimentarias y capacitar a la población para su desarrollo humano, la ONG nicaragüense INSFOP-UNICAM (Instituto de Formación Permanente – Universidad Campesina) junto con los Grupos de Cooperación de la UPM: AgSystems y Planificación y gestión sostenible de desarrollo rural-local (GCPGSDRL), están llevando a cabo desde 2007 el proyecto llamado “Reducción de la vulnerabilidad de las familias rurales en San José de Cusmapa (Nicaragua)”, donde a través de los talleres formativos, cooperativistas y de asistencia técnica de “Escuelas de campo” (ECAs), tiene como propósito la consecución de una soberanía alimentaria de las familias rurales de dicha localidad. El objetivo es comprobar si ha habido una mejoría en las familias rurales después de la intervención de la ONG y la UPM. Además, mostrar la metodología usada en la toma de datos y obtención de información in situ, sobre la situación agrícola y socio-económica de las familias beneficiarias de los proyectos de ECAs. Así como presentar los primeros resultados de la evaluación de la seguridad alimentaria y nutricional

Utilización de un Secadero Solar en el Proceso de Deshidratación

La propuesta tiene por objetivo realizar una revisión bibliográfica que permita establecer la viabilidad del proceso de deshidratación de papaya (Carica papaya L.) en un secadero solar y su proyección a otros productos agroalimentarios. Se pretende supervisar el comportamiento del aire caliente, dentro de la cámara de secado con respecto a temperatura y humedad relativa, mediante ubicación de sensores de forma distribuida en la cámara de secado y en su exterior. En paralelo se realizará un análisis de variables del producto: rendimiento, contenido de humedad inicial y final, influencia de la forma del producto, su distribución en el secadero y análisis sensorial. Los datos obtenidos de los procesos permitirán establecer un modelo de secado óptimo para la papaya. La deshidratación mediante secaderos solares es una oportunidad en zonas de producción de esta fruta, con elevada radiación solar, permitiendo la obtención de un producto más rentable (por el ahorro en insumos), de larga vida útil y buenas características organolépticas.

ALIFE: Caracterización Térmica De La Fermentación Del Café

La fermentación del café es una de las operaciones críticas en el proceso de beneficiado por su impacto en la calidad organoléptica del producto final. De forma general la mayor parte de las explotaciones carecen de tecnificación alguna del fermentador, no teniendo el operario ninguna información objetiva sobre la evolución de los parámetros físico-químicos de control del proceso que le ayuden a la toma de decisión. El objetivo de este trabajo es la integración multi-distribuida de sensores de bajo coste y alta fiabilidad para supervisión de la operación de fermentación del café en origen. Concretamente se ha centrado en la caracterización térmica del proceso de fermentación, mediante la instalación multidistribuida de sensores inalámbricos de temperatura (TurboTag ®) en fermentadores de café en Colombia. El análisis: temporal de la evolución de la temperatura a lo largo del proceso de fermentación y complejo mediante diagrama de fases o de cinética de la evolución de las temperaturas, permiten en este trabajo caracterizar térmicamente fermentadores industriales y prototipos plásticos. Se ha constatado la alta heterogeneidad de las fermentaciones tanto intra-lote (amplitudes térmicas de hasta 8.5 ºC y temperaturas en algunos puntos de los fermentadores de 17 ºC) como inter-lote en fermentaciones sujetas a condiciones exógenas y endógenas muy variables

Utilización del "dfot heat pulse method" para el estudio del bulbo mojado en goteros

Aunque se conocen muchos métodos precisos para medidas de humedad puntuales, hasta hace muy poco, no existían métodos in situ para la medida del contenido de humedad a escala de metros o de kilómetros, importantes cuando pensamos a nivel de cuenca hidrográfica. La fibra óptica ha sido muy utilizada en el área de las comunicaciones. Sin embargo, entre sus aplicaciones más recientes, destaca la de su uso para medir la temperatura incluso en grandes distancias (hasta 10 km) y con una alta frecuencia temporal, lo que ha abierto un amplio abanico de posibilidades muy importantes en el seguimiento medioambiental (Selker et al. 2006a; 2006b, Tyler et al. 2008; Westhoff et al., 2007; Freifeld et al., 2008). La precisión en la medida puede alcanzar ± 0,2ºC en una distancia de ± 25 cm. El método utilizado en los ensayos explicados en esta comunicación es el denominado “Distributed Fiber Optic Temperature Measurement” (medida distribuida de la temperatura con fibra óptica) o DFOT, que consiste en emitir un impulso óptico con láser y medir en el tiempo la señal reflejada en diferentes puntos de la fibra. Este método se ha utilizado en el estudio de filtraciones de minas abandonadas (Selker et al. 2006a) y en proyectos relacionados con el cambio climático, como en el estudio del deshielo en glaciares y balances hídricos en pequeñas cuencas (Selker et al. 2006b). Además, en medios porosos, se ha usado, con buenos resultados para la detección de rotura de diques en presas (Perzlmaier et al. 2004a y 2004b) y para la detección de entrada de agua en vertederos urbanos con cubierta vegetal (Weiss, 2003b). Imhoff et al. (2006) en su revisión de técnicas de medidas de contenido de agua en el suelo destaca el uso del “DFOT heat pulse method” (método DFOT del pulso de calor).

Distributed collaborative processing in wireless sensor networks with application to target localization and beamforming

Abstract The proliferation of wireless sensor networks and the variety of envisioned applications associated with them has motivated the development of distributed algorithms for collaborative processing over networked systems. One of the applications that has attracted the attention of the researchers is that of target localization where the nodes of the network try to estimate the position of an unknown target that lies within its coverage area. Particularly challenging is the problem of estimating the target’s position when we use received signal strength indicator (RSSI) due to the nonlinear relationship between the measured signal and the true position of the target. Many of the existing approaches suffer either from high computational complexity (e.g., particle filters) or lack of accuracy. Further, many of the proposed solutions are centralized which make their application to a sensor network questionable. Depending on the application at hand and, from a practical perspective it could be convenient to find a balance between localization accuracy and complexity. Into this direction we approach the maximum likelihood location estimation problem by solving a suboptimal (and more tractable) problem. One of the main advantages of the proposed scheme is that it allows for a decentralized implementation using distributed processing tools (e.g., consensus and convex optimization) and therefore, it is very suitable to be implemented in real sensor networks. If further accuracy is needed an additional refinement step could be performed around the found solution. Under the assumption of independent noise among the nodes such local search can be done in a fully distributed way using a distributed version of the Gauss-Newton method based on consensus. Regardless of the underlying application or function of the sensor network it is al¬ways necessary to have a mechanism for data reporting. While some approaches use a special kind of nodes (called sink nodes) for data harvesting and forwarding to the outside world, there are however some scenarios where such an approach is impractical or even impossible to deploy. Further, such sink nodes become a bottleneck in terms of traffic flow and power consumption. To overcome these issues instead of using sink nodes for data reporting one could use collaborative beamforming techniques to forward directly the generated data to a base station or gateway to the outside world. In a dis-tributed environment like a sensor network nodes cooperate in order to form a virtual antenna array that can exploit the benefits of multi-antenna communications. In col-laborative beamforming nodes synchronize their phases in order to add constructively at the receiver. Some of the inconveniences associated with collaborative beamforming techniques is that there is no control over the radiation pattern since it is treated as a random quantity. This may cause interference to other coexisting systems and fast bat-tery depletion at the nodes. Since energy-efficiency is a major design issue we consider the development of a distributed collaborative beamforming scheme that maximizes the network lifetime while meeting some quality of service (QoS) requirement at the re¬ceiver side. Using local information about battery status and channel conditions we find distributed algorithms that converge to the optimal centralized beamformer. While in the first part we consider only battery depletion due to communications beamforming, we extend the model to account for more realistic scenarios by the introduction of an additional random energy consumption. It is shown how the new problem generalizes the original one and under which conditions it is easily solvable. By formulating the problem under the energy-efficiency perspective the network’s lifetime is significantly improved. Resumen La proliferación de las redes inalámbricas de sensores junto con la gran variedad de posi¬bles aplicaciones relacionadas, han motivado el desarrollo de herramientas y algoritmos necesarios para el procesado cooperativo en sistemas distribuidos. Una de las aplicaciones que suscitado mayor interés entre la comunidad científica es la de localization, donde el conjunto de nodos de la red intenta estimar la posición de un blanco localizado dentro de su área de cobertura. El problema de la localization es especialmente desafiante cuando se usan niveles de energía de la seal recibida (RSSI por sus siglas en inglés) como medida para la localization. El principal inconveniente reside en el hecho que el nivel de señal recibida no sigue una relación lineal con la posición del blanco. Muchas de las soluciones actuales al problema de localization usando RSSI se basan en complejos esquemas centralizados como filtros de partículas, mientas que en otras se basan en esquemas mucho más simples pero con menor precisión. Además, en muchos casos las estrategias son centralizadas lo que resulta poco prácticos para su implementación en redes de sensores. Desde un punto de vista práctico y de implementation, es conveniente, para ciertos escenarios y aplicaciones, el desarrollo de alternativas que ofrezcan un compromiso entre complejidad y precisión. En esta línea, en lugar de abordar directamente el problema de la estimación de la posición del blanco bajo el criterio de máxima verosimilitud, proponemos usar una formulación subóptima del problema más manejable analíticamente y que ofrece la ventaja de permitir en¬contrar la solución al problema de localization de una forma totalmente distribuida, convirtiéndola así en una solución atractiva dentro del contexto de redes inalámbricas de sensores. Para ello, se usan herramientas de procesado distribuido como los algorit¬mos de consenso y de optimización convexa en sistemas distribuidos. Para aplicaciones donde se requiera de un mayor grado de precisión se propone una estrategia que con¬siste en la optimización local de la función de verosimilitud entorno a la estimación inicialmente obtenida. Esta optimización se puede realizar de forma descentralizada usando una versión basada en consenso del método de Gauss-Newton siempre y cuando asumamos independencia de los ruidos de medida en los diferentes nodos. Independientemente de la aplicación subyacente de la red de sensores, es necesario tener un mecanismo que permita recopilar los datos provenientes de la red de sensores. Una forma de hacerlo es mediante el uso de uno o varios nodos especiales, llamados nodos “sumidero”, (sink en inglés) que actúen como centros recolectores de información y que estarán equipados con hardware adicional que les permita la interacción con el exterior de la red. La principal desventaja de esta estrategia es que dichos nodos se convierten en cuellos de botella en cuanto a tráfico y capacidad de cálculo. Como alter¬nativa se pueden usar técnicas cooperativas de conformación de haz (beamforming en inglés) de manera que el conjunto de la red puede verse como un único sistema virtual de múltiples antenas y, por tanto, que exploten los beneficios que ofrecen las comu¬nicaciones con múltiples antenas. Para ello, los distintos nodos de la red sincronizan sus transmisiones de manera que se produce una interferencia constructiva en el recep¬tor. No obstante, las actuales técnicas se basan en resultados promedios y asintóticos, cuando el número de nodos es muy grande. Para una configuración específica se pierde el control sobre el diagrama de radiación causando posibles interferencias sobre sis¬temas coexistentes o gastando más potencia de la requerida. La eficiencia energética es una cuestión capital en las redes inalámbricas de sensores ya que los nodos están equipados con baterías. Es por tanto muy importante preservar la batería evitando cambios innecesarios y el consecuente aumento de costes. Bajo estas consideraciones, se propone un esquema de conformación de haz que maximice el tiempo de vida útil de la red, entendiendo como tal el máximo tiempo que la red puede estar operativa garantizando unos requisitos de calidad de servicio (QoS por sus siglas en inglés) que permitan una decodificación fiable de la señal recibida en la estación base. Se proponen además algoritmos distribuidos que convergen a la solución centralizada. Inicialmente se considera que la única causa de consumo energético se debe a las comunicaciones con la estación base. Este modelo de consumo energético es modificado para tener en cuenta otras formas de consumo de energía derivadas de procesos inherentes al funcionamiento de la red como la adquisición y procesado de datos, las comunicaciones locales entre nodos, etc. Dicho consumo adicional de energía se modela como una variable aleatoria en cada nodo. Se cambia por tanto, a un escenario probabilístico que generaliza el caso determinista y se proporcionan condiciones bajo las cuales el problema se puede resolver de forma eficiente. Se demuestra que el tiempo de vida de la red mejora de forma significativa usando el criterio propuesto de eficiencia energética.

3D Wavelet-based Fusion Techniques for Biomedical Imaging

Hoy en día las técnicas de adquisición de imágenes tridimensionales son comunes en diversas áreas, pero cabe destacar la relevancia que han adquirido en el ámbito de la imagen biomédica, dentro del cual encontramos una amplia gama de técnicas como la microscopía confocal, microscopía de dos fotones, microscopía de fluorescencia mediante lámina de luz, resonancia magnética nuclear, tomografía por emisión de positrones, tomografía de coherencia óptica, ecografía 3D y un largo etcétera. Un denominador común de todas esas aplicaciones es la constante necesidad por aumentar la resolución y la calidad de las imágenes adquiridas. En algunas de dichas técnicas de imagen tridimensional se da una interesante situación: aunque que cada volumen adquirido no contiene información suficiente para representar el objeto bajo estudio dentro de los parámetros de calidad requeridos por algunas aplicaciones finales, el esquema de adquisición permite la obtención de varios volúmenes que representan diferentes vistas de dicho objeto, de tal forma que cada una de las vistas proporciona información complementaria acerca del mismo. En este tipo de situación es posible, mediante la combinación de varias de esas vistas, obtener una mejor comprensión del objeto que a partir de cada una de ellas por separado. En el contexto de esta Tesis Doctoral se ha propuesto, desarrollado y validado una nueva metodología de proceso de imágenes basada en la transformada wavelet disc¬reta para la combinación, o fusión, de varias vistas con información complementaria de un mismo objeto. El método de fusión propuesto aprovecha la capacidad de descom¬posición en escalas y orientaciones de la transformada wavelet discreta para integrar en un solo volumen toda la información distribuida entre el conjunto de vistas adquiridas. El trabajo se centra en dos modalidades diferentes de imagen biomédica que per¬miten obtener tales adquisiciones multi-vista. La primera es una variante de la micro¬scopía de fluorescencia, la microscopía de fluorescencia mediante lámina de luz, que se utiliza para el estudio del desarrollo temprano de embriones vivos en diferentes modelos animales, como el pez cebra o el erizo de mar. La segunda modalidad es la resonancia magnética nuclear con realce tardío, que constituye una valiosa herramienta para evaluar la viabilidad del tejido miocárdico en pacientes con diversas miocardiopatías. Como parte de este trabajo, el método propuesto ha sido aplicado y validado en am¬bas modalidades de imagen. En el caso de la aplicación a microscopía de fluorescencia, los resultados de la fusión muestran un mejor contraste y nivel de detalle en comparación con cualquiera de las vistas individuales y el método no requiere de conocimiento previo acerca la función de dispersión puntual del sistema de imagen. Además, los resultados se han comparado con otros métodos existentes. Con respecto a la aplicación a imagen de resonancia magnética con realce tardío, los volúmenes fusionados resultantes pre-sentan una mejora cuantitativa en la nitidez de las estructuras relevantes y permiten una interpretación más sencilla y completa de la compleja estructura tridimensional del tejido miocárdico en pacientes con cardiopatía isquémica. Para ambas aplicaciones los resultados de esta tesis se encuentran actualmente en uso en los centros clínicos y de investigación con los que el autor ha colaborado durante este trabajo. Además se ha puesto a libre disposición de la comunidad científica la implementación del método de fusión propuesto. Por último, se ha tramitado también una solicitud de patente internacional que cubre el método de visualización desarrollado para la aplicación de Resonancia Magnética Nuclear. Abstract Nowadays three dimensional imaging techniques are common in several fields, but es-pecially in biomedical imaging, where we can find a wide range of techniques including: Laser Scanning Confocal Microscopy, Laser Scanning Two Photon Microscopy, Light Sheet Fluorescence Microscopy, Magnetic Resonance Imaging, Positron Emission To-mography, Optical Coherence Tomography, 3D Ultrasound Imaging, etc. A common denominator of all those applications being the constant need for further increasing resolution and quality of the acquired images. Interestingly, in some of the mentioned three-dimensional imaging techniques a remarkable situation arises: while a single volume does not contain enough information to represent the object being imaged within the quality parameters required by the final application, the acquisition scheme allows recording several volumes which represent different views of a given object, with each of the views providing complementary information. In this kind of situation one can get a better understanding of the object by combining several views instead of looking at each of them separately. Within such context, in this PhD Thesis we propose, develop and test new image processing methodologies based on the discrete wavelet transform for the combination, or fusion, of several views containing complementary information of a given object. The proposed fusion method exploits the scale and orientation decomposition capabil¬ities of the discrete wavelet transform to integrate in a single volume all the available information distributed among the set of acquired views. The work focuses in two different biomedical imaging modalities which provide such multi-view datasets. The first one is a particular fluorescence microscopy technique, Light-Sheet Fluorescence Microscopy, used for imaging and gaining understanding of the early development of live embryos from different animal models (like zebrafish or sea urchin). The second is Delayed Enhancement Magnetic Resonance Imaging, which is a valuable tool for assessing the viability of myocardial tissue on patients suffering from different cardiomyopathies. As part of this work, the proposed method was implemented and then validated on both imaging modalities. For the fluorescence microscopy application, the fusion results show improved contrast and detail discrimination when compared to any of the individual views and the method does not rely on prior knowledge of the system’s point spread function (PSF). Moreover, the results have shown improved performance with respect to previous PSF independent methods. With respect to its application to Delayed Enhancement Magnetic Resonance Imaging, the resulting fused volumes show a quantitative sharpness improvement and enable an easier and more complete interpretation of complex three-dimensional scar and heterogeneous tissue information in ischemic cardiomyopathy patients. In both applications, the results of this thesis are currently in use in the clinical and research centers with which the author collaborated during his work. An imple¬mentation of the fusion method has also been made freely available to the scientific community. Finally, an international patent application has been filed covering the visualization method developed for the Magnetic Resonance Imaging application.

Estudio e implementación de protocolos de enrutamiento de redes malladas inalámbricas en entornos rurales

Este proyecto surge de la problemática de llevar las tecnologías de la información a las zonas más alejadas e inaccesibles, donde generalmente se dan los mayores índices de pobreza. Para ello se propone el estudio de la viabilidad de las redes malladas inalámbricas aplicadas en entornos rurales. Las redes malladas tienen una filosofía distribuida que permite mayores coberturas con un menor presupuesto, además de ofrecer una mayor seguridad en caso de catástrofes y una gran independencia de las grandes redes de los proveedores de Internet. Esto hace que puedan ser una interesante alternativa a las redes de comunicación inalámbrica convencionales. En primer lugar se intenta analizar cu ́les son los protocolos de encaminamiento más adecuados para redes malladas en este tipo de escenarios rurales, donde el medio inalámbrico es adverso e inestable y la logística es más complicada. En concreto, se ha desplegado para su posterior estudio, una red experimental rural en un entorno altoandino. En dicha red se comparan dos soluciones de encaminamiento de código abierto, Batman-adv y IEEE 802.11s. Adicionalmente, el proyecto intentar difundir la tecnología y transferir los conocimientos aprendidos a través de diversos talleres de capacitación,artículo técnico sobre la comparación de las prestaciones Batman-adv y IEEE 802.11s, y la creación de un proyecto de red comunitaria libre llamado MESH-RURAL, el cual facilitar ́ la implementación de redes malladas inalámbricas con estas dos soluciones de encaminamiento.

Interactions between roughness and topography in hydraulic models

Analysis of river flow using hydraulic modelling and its implications in derived environ-mental applications are inextricably connected with the way in which the river boundary shape is represented. This relationship is scale-dependent upon the modelling resolution which in turn determines the importance of a subscale performance of the model and the way subscale (surface and flow) processes are parameterised. Commonly, the subscale behaviour of the model relies upon a roughness parameterisation whose meaning depends on the dimensionality of the hydraulic model and the resolution of the topographic represen¬tation scale. This latter is, in turn, dependent on the resolution of the computational mesh as well as on the detail of measured topographic data. Flow results are affected by this interactions between scale and subscale parameterisation according to the dimensionality approach. The aim of this dissertation is the evaluation of these interactions upon hy¬draulic modelling results. Current high resolution topographic source availability induce this research which is tackled using a suitable roughness approach according to each di¬mensionality with the purpose of the interaction assessment. A 1D HEC-RAS model, a 2D raster-based diffusion-wave model with a scale-dependent distributed roughness parame-terisation and a 3D finite volume scheme with a porosity algorithm approach to incorporate complex topography have been used. Different topographic sources are assessed using a 1D scheme. LiDAR data are used to isolate the mesh resolution from the topographic content of the DEM effects upon 2D and 3D flow results. A distributed roughness parameterisation, using a roughness height approach dependent upon both mesh resolution and topographic content is developed and evaluated for the 2D scheme. Grain-size data and fractal methods are used for the reconstruction of topography with microscale information, required for some applications but not easily available. Sensitivity of hydraulic parameters to this topographic parameterisation is evaluated in a 3D scheme at different mesh resolu¬tions. Finally, the structural variability of simulated flow is analysed and related to scale interactions. Model simulations demonstrate (i) the importance of the topographic source in a 1D models; (ii) the mesh resolution approach is dominant in 2D and 3D simulations whereas in a 1D model the topographic source and even the roughness parameterisation impacts are more critical; (iii) the increment of the sensitivity to roughness parameterisa-tion in 1D and 2D schemes with detailed topographic sources and finer mesh resolutions; and (iv) the topographic content and microtopography impact throughout the vertical profile of computed 3D velocity in a depth-dependent way, whereas 2D results are not affected by topographic content variations. Finally, the spatial analysis shows that the mesh resolution controls high resolution model scale results, roughness parameterisation control 2D simulation results for a constant mesh resolution; and topographic content and micro-topography variations impacts upon the organisation of flow results depth-dependently in a 3D scheme. Resumen La topografía juega un papel fundamental en la distribución del agua y la energía en los paisajes naturales (Beven and Kirkby 1979; Wood et al. 1997). La simulación hidráulica combinada con métodos de medición del terreno por teledetección constituyen una poderosa herramienta de investigación en la comprensión del comportamiento de los flujos de agua debido a la variabilidad de la superficie sobre la que fluye. La representación e incorporación de la topografía en el esquema hidráulico tiene una importancia crucial en los resultados y determinan el desarrollo de sus aplicaciones al campo medioambiental. Cualquier simulación es una simplificación de un proceso del mundo real, y por tanto el grado de simplificación determinará el significado de los resultados simulados. Este razonamiento es particularmente difícil de trasladar a la simulación hidráulica donde aspectos de la escala tan diferentes como la escala de los procesos de flujo y de representación del contorno son considerados conjuntamente incluso en fases de parametrización (e.g. parametrización de la rugosidad). Por una parte, esto es debido a que las decisiones de escala vienen condicionadas entre ellas (e.g. la dimensionalidad del modelo condiciona la escala de representación del contorno) y por tanto interaccionan en sus resultados estrechamente. Y por otra parte, debido a los altos requerimientos numéricos y computacionales de una representación explícita de alta resolución de los procesos de flujo y discretización de la malla. Además, previo a la modelización hidráulica, la superficie del terreno sobre la que el agua fluye debe ser modelizada y por tanto presenta su propia escala de representación, que a su vez dependerá de la escala de los datos topográficos medidos con que se elabora el modelo. En última instancia, esta topografía es la que determina el comportamiento espacial del flujo. Por tanto, la escala de la topografía en sus fases de medición y modelización (resolución de los datos y representación topográfica) previas a su incorporación en el modelo hidráulico producirá a su vez un impacto que se acumulará al impacto global resultante debido a la escala computacional del modelo hidráulico y su dimensión. La comprensión de las interacciones entre las complejas geometrías del contorno y la estructura del flujo utilizando la modelización hidráulica depende de las escalas consideradas en la simplificación de los procesos hidráulicos y del terreno (dimensión del modelo, tamaño de escala computacional y escala de los datos topográficos). La naturaleza de la aplicación del modelo hidráulico (e.g. habitat físico, análisis de riesgo de inundaciones, transporte de sedimentos) determina en primer lugar la escala del estudio y por tanto el detalle de los procesos a simular en el modelo (i.e. la dimensionalidad) y, en consecuencia, la escala computacional a la que se realizarán los cálculos (i.e. resolución computacional). Esta última a su vez determina, el detalle geográfico con que deberá representarse el contorno acorde con la resolución de la malla computacional. La parametrización persigue incorporar en el modelo hidráulico la cuantificación de los procesos y condiciones físicas del sistema natural y por tanto debe incluir no solo aquellos procesos que tienen lugar a la escala de modelización, sino también aquellos que tienen lugar a un nivel subescalar y que deben ser definidos mediante relaciones de escalado con las variables modeladas explícitamente. Dicha parametrización se implementa en la práctica mediante la provisión de datos al modelo, por tanto la escala de los datos geográficos utilizados para parametrizar el modelo no sólo influirá en los resultados, sino también determinará la importancia del comportamiento subescalar del modelo y el modo en que estos procesos deban ser parametrizados (e.g. la variabilidad natural del terreno dentro de la celda de discretización o el flujo en las direcciones laterales y verticales en un modelo unidimensional). En esta tesis, se han utilizado el modelo unidimensional HEC-RAS, (HEC 1998b), un modelo ráster bidimensional de propagación de onda, (Yu 2005) y un esquema tridimensional de volúmenes finitos con un algoritmo de porosidad para incorporar la topografía, (Lane et al. 2004; Hardy et al. 2005). La geometría del contorno viene definida por la escala de representación topográfica (resolución de malla y contenido topográfico), la cual a su vez depende de la escala de la fuente cartográfica. Todos estos factores de escala interaccionan en la respuesta del modelo hidráulico a la topografía. En los últimos años, métodos como el análisis fractal y las técnicas geoestadísticas utilizadas para representar y analizar elementos geográficos (e.g. en la caracterización de superficies (Herzfeld and Overbeck 1999; Butler et al. 2001)), están promoviendo nuevos enfoques en la cuantificación de los efectos de escala (Lam et al. 2004; Atkinson and Tate 2000; Lam et al. 2006) por medio del análisis de la estructura espacial de la variable (e.g. Bishop et al. 2006; Ju et al. 2005; Myint et al. 2004; Weng 2002; Bian and Xie 2004; Southworth et al. 2006; Pozd-nyakova et al. 2005; Kyriakidis and Goodchild 2006). Estos métodos cuantifican tanto el rango de valores de la variable presentes a diferentes escalas como la homogeneidad o heterogeneidad de la variable espacialmente distribuida (Lam et al. 2004). En esta tesis, estas técnicas se han utilizado para analizar el impacto de la topografía sobre la estructura de los resultados hidráulicos simulados. Los datos de teledetección de alta resolución y técnicas GIS también están siendo utilizados para la mejor compresión de los efectos de escala en modelos medioambientales (Marceau 1999; Skidmore 2002; Goodchild 2003) y se utilizan en esta tesis. Esta tesis como corpus de investigación aborda las interacciones de esas escalas en la modelización hidráulica desde un punto de vista global e interrelacionado. Sin embargo, la estructura y el foco principal de los experimentos están relacionados con las nociones espaciales de la escala de representación en relación con una visión global de las interacciones entre escalas. En teoría, la representación topográfica debe caracterizar la superficie sobre la que corre el agua a una adecuada (conforme a la finalidad y dimensión del modelo) escala de discretización, de modo que refleje los procesos de interés. La parametrización de la rugosidad debe de reflejar los efectos de la variabilidad de la superficie a escalas de más detalle que aquellas representadas explícitamente en la malla topográfica (i.e. escala de discretización). Claramente, ambos conceptos están físicamente relacionados por un

Contribución a la Formalización de la Fase de Ejecución de Pruebas

En el campo de la Ingeniería de Protocolos es fundamental el papel que han tomado los organismos normalizadores de Servicios y Sistemas de Comunicaciones, como ISO e ITU. En este entorno, las Técnicas de Descripción Formal son un mecanismo clave para el diseño y especificación de dichos protocolos.Esta actividad ha surgido, en gran parte, debida a las necesidades de interconectividad, que está alcanzando niveles difícilmente imaginables hace pocos añoos: se pretende que sistemas heterogéneos y completamente diferentes cooperen y trabajen de forma distribuida o, simplemente, que intercambien volúmenes de información cada vez mayores. Surgen normas y recomendaciones a partir de iniciativas públicas orientadas a proporcionar normas en los servicios y protocolos de comunicaciones; normas que los fabricantes deben cumplir y organismos independientes deben certificar u homologar. Existen dos campos de actuación bien diferentes: por un lado, las normas deben ser precisas y no contener ambigüedades . Por otro, es necesario comprobar que el producto se atiene a la norma. Este proceso se realiza en base a unas pruebas denominadas de Conformidad. l primer campo es el causante directo del desarrollo de las FDTs. El segundo, ha provocado que ISO normalice un entorno específico y una metodología para el desarrollo y ejecución de Pruebas de Conformidad: la norma ISO-9646. En este entorno tiene lugar el desarrollo de la presente tesis. Como objetivos fundamentales se ha trabajado en 1) conceptualización y subsiguiente formalización del proceso de ejecución de Pruebas de Conformidad y elementos integrantes en las arquitecturas de pruebas, y 2) definición de una métrica de cobertura que aproveche la existencia de especificaciones formales como elemento de referencia para la generación de las pruebas de conformidad.

Comparación de tecnologías de almacenamiento energético provenientes de energías renovables

Después de analizar la situación energética actual y las distintas formas de almacenar la energía, sobre todo la proveniente de energías renovables, añadido a las preocupaciones sobre el cambio climático global, la degradación medioambiental resultante del uso de los combustibles fósiles como fuente primaria de energía, junto con las inquietudes sobre la seguridad en el suministro energético, han llevado a muchos analistas a proponer al hidrógeno como portador universal de energía para el futuro. El uso del hidrógeno como vector energético permite el desarrollo de un amplio número de tecnologías. En concreto, las pilas de combustible alimentadas con hidrógeno pueden alcanzar eficiencias elevadas y presentan una gran variedad de posibles aplicaciones, tanto móviles como estacionarias. En el caso de que las líneas de desarrollo actuales lleguen a buen término, el hidrógeno y las pilas de combustible podrán contribuir de forma sustancial a alcanzar los objetivos clave de las políticas energéticas (seguridad de suministro, reducción de emisiones de CO2), especialmente en el sector transporte. Los resultados alcanzados en los últimos años en los programas de investigación, desarrollo y demostración han incrementado claramente el interés internacional sobre estas tecnologías, de las que se piensa que tienen el potencial de crear un cambio de paradigma energético, tanto en las aplicaciones de transporte como en las de generación distribuida de potencia. A largo plazo, la incorporación del hidrógeno como nuevo vector energético, ofrece un escenario en el que se podrá producir hidrógeno a partir de agua, con electricidad y calor de origen renovable, y será posible su utilización para atender a todo tipo de demandas, tanto las convencionales de la industria, en las que el hidrógeno juega un papel de reactivo en procesos diversos, como las energéticas en las que jugaría su nuevo papel de portador de energía. Las únicas emisiones que llevaría asociada la utilización del hidrógeno renovable serían óxidos de nitrógeno que se producirían en procesos de combustión. Sin embargo, su uso en pilas de combustible llevaría a emisiones nulas. Si la fuente del hidrógeno es el gas natural o el carbón, entonces será esencial la captura y almacenamiento del CO2 para lograr ahorros en emisiones, pero, en cualquier caso, los vehículos propulsados por pilas de combustible alimentadas con hidrógeno siempre reducirán las emisiones locales, dado que en el uso final el único efluente es vapor de agua. La visión de este sistema económico-energético del H2, se basa en la expectativa de que el hidrógeno pueda producirse a partir de recursos domésticos, de forma económica y medioambientalmente aceptable y en que las tecnologías de uso final del hidrógeno (pilas de combustible) ganen una cuota de mercado significativa. Los que en el mundo abogan por el hidrógeno indican que, si se alcanzan estas expectativas, una «economía del hidrógeno» beneficiará al mundo proporcionando una mayor seguridad energética porque se diversificarán las fuentes de energía, y una mayor calidad medioambiental porque se reducirán significativamente las emisiones locales y globales