Design and Optimization of Power Delivery and Distribution Systems Using Evolutionary Computation Techniques

Nowadays computing platforms consist of a very large number of components that require to be supplied with diferent voltage levels and power requirements. Even a very small platform, like a handheld computer, may contain more than twenty diferent loads and voltage regulators. The power delivery designers of these systems are required to provide, in a very short time, the right power architecture that optimizes the performance, meets electrical specifications plus cost and size targets. The appropriate selection of the architecture and converters directly defines the performance of a given solution. Therefore, the designer needs to be able to evaluate a significant number of options in order to know with good certainty whether the selected solutions meet the size, energy eficiency and cost targets. The design dificulties of selecting the right solution arise due to the wide range of power conversion products provided by diferent manufacturers. These products range from discrete components (to build converters) to complete power conversion modules that employ diferent manufacturing technologies. Consequently, in most cases it is not possible to analyze all the alternatives (combinations of power architectures and converters) that can be built. The designer has to select a limited number of converters in order to simplify the analysis. In this thesis, in order to overcome the mentioned dificulties, a new design methodology for power supply systems is proposed. This methodology integrates evolutionary computation techniques in order to make possible analyzing a large number of possibilities. This exhaustive analysis helps the designer to quickly define a set of feasible solutions and select the best trade-off in performance according to each application. The proposed approach consists of two key steps, one for the automatic generation of architectures and other for the optimized selection of components. In this thesis are detailed the implementation of these two steps. The usefulness of the methodology is corroborated by contrasting the results using real problems and experiments designed to test the limits of the algorithms.

Transporte dependiente de espín en estructuras de magnetorresistencia gigante con capas delgadas de gadolinio

La investigación realizada en este trabajo de tesis se ha centrado en la caracterización y optimización del sistema Fe/Gd/Fe y en el estudio de su efecto en el transporte dependiente de espín y en la transferencia de espín (STT) en dispositivos magnéticos. El fenómeno de STT, uno de los grandes descubrimientos de la espintrónica, se basa en la transferencia de momento angular de una corriente polarizada de espín a la imanación local de un material magnético. Este efecto se traduce en que una corriente polarizada de espín puede provocar variaciones en la imanación del material sin necesidad de campo magnético aplicado. Este fenómeno necesita una densidad de corriente muy alta, de manera que sus efectos solo se observan en dispositivos de tamaño nanométrico a partir de la llamada densidad de corriente crítica. El STT tiene un gran potencial tecnológico para distintas aplicaciones, como emisores de radiofrecuencia para comunicación in-chip o memorias magnéticas alternativas, en que se podría leer y escribir la información únicamente mediante corriente, sin necesidad de aplicar campo magnético ni utilizar bobinas de detección. Desde el punto de vista de este tipo de aplicaciones hay un gran interés en disminuir la densidad de corriente crítica a la que empieza a observarse el efecto. Sin embargo, hay otro tipo de dispositivos en que el STT supone un problema o factor limitante. Este es el caso de las cabezas lectoras de ordenador, en las que a partir de la densidad de corriente crítica aparece ruido e inestabilidad adicional en la señal inducidos por STT, lo que limita su sensibilidad. Para este tipo de aplicación, se desea por tanto que la corriente crítica a partir de la cual aparece ruido e inestabilidad adicional en la señal sea tan grande como sea posible. El Gd (y especialmente el sistema Fe/Gd/Fe) tiene unas características muy particulares con potencial para afectar varias propiedades relacionadas con la densidad de corriente crítica de un dispositivo de STT. Por este motivo, resulta interesante introducir la tricapa Fe/Gd/Fe en la capa libre de este tipo de dispositivos y estudiar cómo afecta a su estabilidad. Para ello, una primera parte del trabajo se ha centrado en la exhaustiva caracterización del sistema Fe/Gd/Fe y la optimización de sus propiedades de cara a su introducción en la capa libre de dispositivos de STT. Por otro lado, la intención final es alterar o controlar el efecto de transferencia de espín en un dispositivo afectando lo menos posible al resto de las propiedades intrínsecas de su funcionamiento (por ejemplo, al valor de su magnetorresistencia). Por tanto, ha sido necesario estudiar los efectos del sistema Fe/Gd/Fe en el transporte de espín y determinar la manera de introducir la tricapa en el dispositivo optimizando el resto de sus propiedades o afectándolas lo menos posible. Finalmente, hemos introducido el sistema Fe/Gd/Fe en la capa libre de nanodispositivos y hemos estudiado su efecto en la corriente crítica de inestabilidad por STT. Los resultados muestran que estas tricapas Fe/Gd/Fe pueden suponer una solución potencial para los problemas de estabilidad de algunos nanodispositivos magnéticos como las cabezas lectoras magnéticas.

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.

Tipología de Replicaciones para la Síntesis de Experimentos en Ingeniería del Software

La Ingenieria del Software Experimental (ISE) traslada a la Ingenieria del Software (IS) el paradigma experimental que se ha aplicado con exito en diversas disciplinas cientificas. El objetivo de la ISE es hacer de la construccion del software una actividad predecible gracias al conocimiento de las relaciones entre los procesos de produccion del software y los productos que se obtienen. Para avanzar en el paradigma experimental en IS no es suficiente aplicar las tecnicas de diseno experimental y el analisis estadistico de datos, sino que es necesario construir una metodologia (bien desde cero o adaptada de otras disciplinas) basada en los principios generales del experimentalismo. La motivacion principal de esta investigacion es trabajar en la adaptacion de un aspecto particular del paradigma experimental a la experimentacion en IS: la replicación. En ISE se han realizado varias replicaciones de experimentos, sin embargo, aun existe discusion sobre el modo mas adecuado de llevarlas a cabo. Algunas preguntas que surgen de esta discusion son: .se deben reutilizar los materiales del experimento base?, .la replicacion debe realizarse de forma independiente, o puede existir algun tipo de comunicacion entre experimentadores y replicadores?, .que elementos de la estructura del experimento a replicar pueden variarse y aun considerarse una replicacion? En esta investigacion se estudia el concepto de replicacion desde una perspectiva teorico-practica para su incorporacion a la ISE. En concreto, se persiguen los siguientes objetivos: 1) estudio del concepto de replicacion en distintas disciplinas cientificas para tener mayor comprension de su importacion a la ISE, 2) desarrollo de una tipologia de replicaciones que ayude a comprender tanto los diferentes tipos de replicacion que pueden llevarse a cabo en ISE, asi como el papel que cada uno de estos tipos desempena en la verificacion de resultados experimentales y 3) desarrollo de un marco conceptual con ideas clave para comparar conjuntos de replicaciones y obtener conocimiento de ellas que sea de utilidad tanto para el profesional como para el investigador. Para la evaluacion de las propuestas de esta tesis se usa un conjunto de 20 replicaciones de diversos autores donde entre otros aspectos se evalua la efectividad de tres tecnicas de evaluacion de software.

Las Infraestructuras de Datos Espaciales (IDE) como un recurso educativo TIC . Estrategias de formación y difusión para el profesorado de la Educación Secundaria Obligatoria

Desde mediados de los 90, gracias a las posibilidades de la World Wide Web, se liberó la cartografía de su dependencia del medio físico, posibilitando el acceso y visualización de millones de mapas almacenados en formatos gráficos a través de Internet. En este contexto, el papel de la Información Geográfica (IG) en la vida cotidiana adquirió relevancia en la medida que el acceso a la misma resultaba cada vez más fácil gracias a múltiples herramientas y aplicaciones para distribuir y acercar los mapas en distintos formatos a la sociedad en general. Sin embargo, dado que esa información enseguida pasaba a estar desactualizada, surgió una demanda desde distintos ámbitos (seguridad, medio ambiente transporte, servicios, etc.) y de la sociedad en general para disponer de la información más actual. Como respuesta a esta demanda, surgen las iniciativas denominadas Infraestructuras de Datos Espaciales (IDE). Estas iniciativas, mediante la acción coordinada de un conjunto de tecnologías, estándares, normas y políticas, brindan la posibilidad a los usuarios de acceder, a través de Internet, a IG actualizada producida por instituciones y organismos oficiales, en un marco colaborativo y sustentada en una estructura organizativa. En este contexto, el ámbito educativo no ha permanecido ajeno representando uno de los espacios más propicios para la difusión de las potencialidades y usos de las IDE. En esta tesis se propone la utilización de las IDE en el contexto educativo, específicamente en la Educación Secundaria Obligatoria (ESO). Utilizar las IDE en el contexto educativo implica asignarle un papel en el proceso de enseñanza-aprendizaje y en el marco de esta tesis se presentan los fundamentos teóricos que permiten afirmar que las IDE son un re-curso educativo que responde a las características de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC). Esto se explicita a través de un concepto más amplio que hemos denominado “recurso educativo TIC”. En este contexto se analizan las posibilidades que ofrece las IDE para alcanzar los objetivos de aprendizaje de asignaturas de la ESO relacionadas con IG y se identifican contenidos susceptibles de ser abordados utilizándolas. Por otra parte, atendiendo al modelo educativo del aprendizaje basado en competencias, se exponen las posibilidades y potencialidades que ofrecen las IDE para desarrollar la competencia digital. Una vez planteado el marco teórico se desarrollaron dos estrategias de formación y difusión de las IDE orientadas al profesorado de la ESO. En primer lugar, utilizando el Modelo de Diseño Instruccional ADDIE, se diseñaron, desarrollaron, implementaron y evaluaron tres cursos e-learning para el profesorado de ESO de las asignaturas Ciencias Sociales, Ciencias de la Naturaleza y Tecnología. En segundo lugar, con objetivo de complementar los resultados obtenidos de los cursos e-learning, se realizó una actividad en dos Institutos de Educación Secundaria orientada a difundir las IDE. La puesta en práctica de estas estrategias ofreció al profesorado la información necesaria sobre qué son las IDE y proporcionó ejemplos concretos de uso de las mismas en su asignatura, permitiéndoles disponer de los conocimientos e información para emitir una valoración sobre las posibilidades que ofrecen las IDE como un recurso educativo TIC. Since about the middle of the 1990 decade, owing to the potential of the World Wide Web, cartography freed itself from its dependence on its physical support, enabling the access and visualisation of millions of maps stored in graphical formats through the Internet. In this context, the role of Geographic Information (GI) in daily life became relevant in as much as its access turned out to be ever easier due to multiple tools and applications to distribute and bring maps in different formats closer to society in general. Yet, since the information available often became outdated, a demand for updated information arose from different specific fields (security, environment, transport, services, etc.) and from the general public. As a response to this demand, the so-called Spatial Data Infrastructure (SDI) initiatives arose which, through the coordinated action of a set of technologies, stan-dards, and policies, enabled users to access updated GI created by organisations and official institutions, through the Internet, within a cooperative framework and an organisational structure. In this context the educational world has not remained aloof, since it represented one of the most propitious scope for the dissemination of the potentials and uses of SDI. In this thesis the utilization of SDI in the educational context is proposed, specifically in the Spanish Compulsory Secondary Education (Educación Secundaria Obligatoria – ESO). This utilization implies assigning SDI a role in the teaching-learning process; here the theo-retical foundation is presented which allows asserting that SDI is an educational resource fitting in with the characteristics of the Information and Communication Technologies (ICT). This is made explicit by means of a broader concept we have called “ICT educa-tional resource”. The possibilities offered by SDI to reach the objective of learning ESO subjects related to GI are analyzed, and contents apt to be addressed by using them are identified. On the other hand, attending to the educational model of learning based on competences, the possibilities and potentials the SDI offer to develop the digital compe-tence are exposed. After having set forth the theoretical frame, two strategies of training and dissemination of SDI were developed, oriented to the ESO teaching staff. First, using the ADDIE Instruc-tional Design Model, three learning courses were designed, developed, implemented and evaluated for the ESO teaching staff in the subjects of Social Sciences, Natural Sciences and Technology. In the second place, with the purpose of supplementing the results ob-tained from the e-learning courses, an activity was carried out in two High Schools, ori-ented to disseminate the SDI. The implementation of these strategies offered the teaching staff the needed information concerning the SDI and provided specific instances of utilisa-tion thereof in their subject, thus enabling them to acquire the knowledge and information to issue an assessment of the possibilities the SDI offer as an ICT educational resource

Construcción de una bóveda de crucería en el Centro de los Oficios de León

En colaboración con el Centro de los Oficios de León se construyó una bóeda de crucería con terceletes, de tres metros de luz. Tanto el trazado como la ejecución pusieron a prueba lo que conocemos de los procedimientos medievales, en cuando al diseño y proceso de talla de los enjarjes, de las claves, de las dovelas, y en cuanto a la concepción del trazado general, que es coherente con el diseño de los elementos.

Functionalism and Caprice in Stonecutting. The Case of the Nativity Chapel in Burgos Cathedral

Starting from the inaugural text of Philibert de L'Orme, stereotomic treatises and manuscripts are subject to the opposing forces of reason and fancy. The Nativity Chapel in Burgos Cathedral provides an outstanding case study on this subject. It was built in 1571-1582 by Martín de Bérriz and Martín de la Haya, using an oval vault resting on trumpet squinches to span a rectangular bay. Bed joints and rib axes are not planar curves, as usual in oval vaults. This warping is not capricious; we shall argue that it is the outcome of a systematic tracing method. As a result of this process, the slope of the bed joints increases slightly in the first courses, but stays fairly constant after the third course; this solution prevents the upper courses from slipping. Thus, in the Nativity Chapel of Burgos Cathedral, the constraints of masonry construction fostered a singular solution verging on capriccio. It is also worthwhile to remark that the warping of the joints is not easily appreciable to the eye and that the tracing process does not seem to start from a previous conception of the resulting form. All this suggests that we should be quite careful when talking about the whimsical character of Late Gothic and Early Renaissance; in some occasions, apparent caprice is the offspring of practical thinking.

La construcción medieval de bóvedas

Problemas geométricos y constructivos de las bóvedas de arista medievales y conceptos fundamentales de las bóvedas de crucería.

La creación de la Compañía Telefónica Nacional de España vista a través de su Consejo de Administración

La creación de la Compañía Telefónica Nacional de España (CTNE), en abril de 1924, y la concesión del sistema telefónico nacional a esta compañía, cuatro meses más tarde, es asunto que sigue despertando el interés de los investigadores, por cuanto ésta se produjo mediante adjudicación directa, sin subasta ni concurso, a partir de la intervención directa de la multinacional americana ITT, presidida por Sosthenes Behn. El Trabajo examina la cronología de los hechos desde el punto de vista de las actas del Consejo de Administración y del Comité Ejecutivo de la CTNE, correspondientes a los años 1924 y 1925, tratando de abarcar un periodo de tiempo crucial para la historia de las telecomunicaciones de nuestro país. Este periodo comprende desde la llegada de Sosthenes Behn, en 1923, hasta finales de 1925, momento en el cual la CTNE había adquirido los derechos de explotación de la mayor parte de las redes telefónicas que se encontraban anteriormente en manos públicas y privadas. Quedan documentadas todas las visitas de Sosthenes Behn a España durante aquel tiempo y las gestiones que llevó a cabo en cada una de ellas para la consecución de sus objetivos. El Trabajo estudia el proceso inicial de creación de la empresa española y de adjudicación del servicio telefónico nacional, examinando con detenimiento los contratos privados suscritos entre la ITT y la CTNE. Se adentra además, de mano de las actas de sus órganos directivos, en la primera etapa del negocio de la compañía, poniendo en contexto la información que ya se conocía sobre la marcha de sus proyectos y que hasta ahora había sido estudiada por medio de otros documentos históricos. Las actas han permitido conocer las decisiones tomadas por la Dirección de la compañía durante estos primeros meses de actividad y los motivos que llevaron a emprender cada una de estas acciones.

Using the Spectrum Analyzer as an Educational Tool for Mobile Communications

Application of the spectrum analyzer for illustrating several concepts associated with mobile communications is discussed. Specifically, two groups of observable features are described. First, time variation and frequency selectivity of multipath propagation can be revealed by carrying out simple measurements on commercial-network GSM and UMTS signals. Second, the main time-domain and frequency-domain features of GSM and UMTS radio signals can be observed. This constitutes a valuable tool for teaching mobile communication courses.