CAS: A tool for improving autonomous work

The EHEA proposes a student-centered teaching model. Therefore, it seems necessary to actively involve the students in the teaching-learning process. Increasing the active participation of the students is not always easy in mathematical topics, since, when the students just enter the University, their ability to carry out autonomous mathematical work is scarce. In this paper we present some experiences related with the use of Computer Algebra Systems (CAS). All the experiences are designed in order to develop some mathematical competencies and mainly self-learning, the use of technology and team-work. The experiences include some teachers? proposals including: small projects to be executed in small groups, participation in competitions, the design of different CAS-Toolboxes, etc. The results obtained in the experiences, carried out with different groups of students from different engineering studies at different universities, makes us slightly optimistic about the educational value of the model.

Cooperative Multi-robot Patrolling: A study of distributed approaches based on mathematical models of game theory to protect infrastructures

El principio de Teoría de Juegos permite desarrollar modelos estocásticos de patrullaje multi-robot para proteger infraestructuras criticas. La protección de infraestructuras criticas representa un gran reto para los países al rededor del mundo, principalmente después de los ataques terroristas llevados a cabo la década pasada. En este documento el termino infraestructura hace referencia a aeropuertos, plantas nucleares u otros instalaciones. El problema de patrullaje se define como la actividad de patrullar un entorno determinado para monitorear cualquier actividad o sensar algunas variables ambientales. En esta actividad, un grupo de robots debe visitar un conjunto de puntos de interés definidos en un entorno en intervalos de tiempo irregulares con propósitos de seguridad. Los modelos de partullaje multi-robot son utilizados para resolver este problema. Hasta el momento existen trabajos que resuelven este problema utilizando diversos principios matemáticos. Los modelos de patrullaje multi-robot desarrollados en esos trabajos representan un gran avance en este campo de investigación. Sin embargo, los modelos con los mejores resultados no son viables para aplicaciones de seguridad debido a su naturaleza centralizada y determinista. Esta tesis presenta cinco modelos de patrullaje multi-robot distribuidos e impredecibles basados en modelos matemáticos de aprendizaje de Teoría de Juegos. El objetivo del desarrollo de estos modelos está en resolver los inconvenientes presentes en trabajos preliminares. Con esta finalidad, el problema de patrullaje multi-robot se formuló utilizando conceptos de Teoría de Grafos, en la cual se definieron varios juegos en cada vértice de un grafo. Los modelos de patrullaje multi-robot desarrollados en este trabajo de investigación se han validado y comparado con los mejores modelos disponibles en la literatura. Para llevar a cabo tanto la validación como la comparación se ha utilizado un simulador de patrullaje y un grupo de robots reales. Los resultados experimentales muestran que los modelos de patrullaje desarrollados en este trabajo de investigación trabajan mejor que modelos de trabajos previos en el 80% de 150 casos de estudio. Además de esto, estos modelos cuentan con varias características importantes tales como distribución, robustez, escalabilidad y dinamismo. Los avances logrados con este trabajo de investigación dan evidencia del potencial de Teoría de Juegos para desarrollar modelos de patrullaje útiles para proteger infraestructuras. ABSTRACT Game theory principle allows to developing stochastic multi-robot patrolling models to protect critical infrastructures. Critical infrastructures protection is a great concern for countries around the world, mainly due to terrorist attacks in the last decade. In this document, the term infrastructures includes airports, nuclear power plants, and many other facilities. The patrolling problem is defined as the activity of traversing a given environment to monitoring any activity or sensing some environmental variables If this activity were performed by a fleet of robots, they would have to visit some places of interest of an environment at irregular intervals of time for security purposes. This problem is solved using multi-robot patrolling models. To date, literature works have been solved this problem applying various mathematical principles.The multi-robot patrolling models developed in those works represent great advances in this field. However, the models that obtain the best results are unfeasible for security applications due to their centralized and predictable nature. This thesis presents five distributed and unpredictable multi-robot patrolling models based on mathematical learning models derived from Game Theory. These multi-robot patrolling models aim at overcoming the disadvantages of previous work. To this end, the multi-robot patrolling problem was formulated using concepts of Graph Theory to represent the environment. Several normal-form games were defined at each vertex of a graph in this formulation. The multi-robot patrolling models developed in this research work have been validated and compared with best ranked multi-robot patrolling models in the literature. Both validation and comparison were preformed by using both a patrolling simulator and real robots. Experimental results show that the multirobot patrolling models developed in this research work improve previous ones in as many as 80% of 150 cases of study. Moreover, these multi-robot patrolling models rely on several features to highlight in security applications such as distribution, robustness, scalability, and dynamism. The achievements obtained in this research work validate the potential of Game Theory to develop patrolling models to protect infrastructures.

Teamwork, motivational profiles and academic performance in computer science engineering

The present work is aimed at discussing several issues related to the teamwork generic competence, motivational profiles and academic performance. In particular, we study the improvement of teamwork attitude, the predominant types of motivation in different contexts and some correlations among these three components of the learning process. The above-mentioned aspects are of great importance. Currently, the professional profile of engineers has a strong teamwork component and the motivational profile of students determines both their tendencies when they come to work as part of a team, as well as their performance at work. Taking these issues into consideration, we suggest four hypotheses: (H1) students improve their teamwork capacity through specific training and carrying out of a set of activities integrated into an active learning process; (H2) students with higher mastery motivation have a better attitude towards teamwork; (H3) students with different types of motivations reach different levels of academic performance; and (H4) students show different motivation profiles in different circumstances: type of courses, teaching methodologies, different times of the learning process. This study was carried out with Computer Science Engineering students from two Spanish universities. The first results point to an improvement in teamwork competence of students if they have previously received specific training in facets of that competence. Other results indicate that there is a correlation between the motivational profiles of students and their perception of teamwork competence. Finally, results point to a clear relationship between some kind of motivation and academic performance. In particular, four kinds of motivation are analyzed and students are classified into two groups according to them. After analyzing several marks obtained in compulsory courses, we perceive that those students that show higher motivation for avoiding failure obtain, in general, worse academic performance.

Diseño y desarrollo de un sistema basado en Learning Analytics para evaluar la competencia de trabajo en equipo.Design and development of a Learning Analytics System to evaluate group work competence

La adquisición de la competencia grupal es algo básico en la docencia universitaria. Esta tarea va a suponer evaluar diferentes factores en un número elevado de alumnos, lo que puede supone gran complejidad y un esfuerzo elevado. De cara a evitar este esfuerzo se puede pensar en emplear los registros de la interacción de los usuarios almacenados en las plataformas de aprendizaje. Para ello el presente trabajo se basa en el desarrollo de un sistema de Learning Analytics que es utilizado como herramienta para analizar las evidencias individuales de los distintos miembros de un equipo de trabajo. El trabajo desarrolla un modelo teórico apoyado en la herramienta, que permite relacionar las evidencias observadas de forma empírica para cada alumno, con indicadores obtenidos tanto de la acción individual como cooperativo de los miembros de un equipo realizadas a través de los foros de trabajo. Abstract — The development of the group work competence is something basic in university teaching. It should be evaluated, but this means to analyze different issues about the participation of a high number of students which is very complex and implies a lot of effort. In order to facilitate this evaluation it is possible to analyze the logs of students’ interaction in Learning Management Systems. The present work describes the development of a Learning Analytics system that analyzes the interaction of each of the members of working group. This tool is supported by a theoretical model, which allows establishing links between the empirical evidences of each student and the indicators of their action in working forums.

Computer simulation of random parckings for self-similar particle size distributions in soil and granular materials: porosity and pore size distribution

A 2D computer simulation method of random packings is applied to sets of particles generated by a self-similar uniparametric model for particle size distributions (PSDs) in granular media. The parameter p which controls the model is the proportion of mass of particles corresponding to the left half of the normalized size interval [0,1]. First the influence on the total porosity of the parameter p is analyzed and interpreted. It is shown that such parameter, and the fractal exponent of the associated power scaling, are efficient packing parameters, but this last one is not in the way predicted in a former published work addressing an analogous research in artificial granular materials. The total porosity reaches the minimum value for p = 0.6. Limited information on the pore size distribution is obtained from the packing simulations and by means of morphological analysis methods. Results show that the range of pore sizes increases for decreasing values of p showing also different shape in the volume pore size distribution. Further research including simulations with a greater number of particles and image resolution are required to obtain finer results on the hierarchical structure of pore space.

Do Classes in Cooperative Classrooms Have a Positive Influence on Creativity and Teamwork Skills for Engineering Students?

Contributing to the acquisition of professional creativity and teamwork skills has been a special challenge for some of the subjects taught at the Technical University of Madrid (UPM), and this has been a starting point for the work described in this paper. Some professors have intuited that the use of cooperative classrooms could facilitate the acquisition of these skills. We describe the new methodologies applied within cooperative classrooms by some professors, and present the procedure for measuring students’ perception of their own learning outcomes, skill improvements, and overall satisfaction with the use of this kind of classroom. For this project, 250 students enrolled in several subjects answered a questionnaire. The featuresof thesubjectsinvolved intheproject arewidely disparate. We present the results of the statistical analysis with special emphasis on creativity and teamwork skills, and we conclude that the use of cooperative classroom has a positive influence on the acquisition of these skills. This work has the added value of being the first analysis of student perception of the use of cooperative classroom in the acquisition of creativity and teamwork skills.

NURBS-Based Geometry Parameterization for Aerodynamic Shape Optimization

La motivación de esta tesis es el desarrollo de una herramienta de optimización automática para la mejora del rendimiento de formas aerodinámicas enfocado en la industria aeronáutica. Este trabajo cubre varios aspectos esenciales, desde el empleo de Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS), al cálculo de gradientes utilizando la metodología del adjunto continuo, el uso de b-splines volumétricas como parámetros de diseño, el tratamiento de la malla en las intersecciones, y no menos importante, la adaptación de los algoritmos de la dinámica de fluidos computacional (CFD) en arquitecturas hardware de alto paralelismo, como las tarjetas gráficas, para acelerar el proceso de optimización. La metodología adjunta ha posibilitado que los métodos de optimización basados en gradientes sean una alternativa prometedora para la mejora de la eficiencia aerodinámica de los aviones. La formulación del adjunto permite calcular los gradientes de una función de coste, como la resistencia aerodinámica o la sustentación, independientemente del número de variables de diseño, a un coste computacional equivalente a una simulación CFD. Sin embargo, existen problemas prácticos que han imposibilitado su aplicación en la industria, que se pueden resumir en: integrabilidad, rendimiento computacional y robustez de la solución adjunta. Este trabajo aborda estas contrariedades y las analiza en casos prácticos. Como resumen, las contribuciones de esta tesis son: • El uso de NURBS como variables de diseño en un bucle de automático de optimización, aplicado a la mejora del rendimiento aerodinámico de alas en régimen transónico. • El desarrollo de algoritmos de inversión de punto, para calcular las coordenadas paramétricas de las coordenadas espaciales, para ligar los vértices de malla a las NURBS. • El uso y validación de la formulación adjunta para el calculo de los gradientes, a partir de las sensibilidades de la solución adjunta, comparado con diferencias finitas. • Se ofrece una estrategia para utilizar la geometría CAD, en forma de parches NURBS, para tratar las intersecciones, como el ala-fuselaje. • No existen muchas alternativas de librerías NURBS viables. En este trabajo se ha desarrollado una librería, DOMINO NURBS, y se ofrece a la comunidad como código libre y abierto. • También se ha implementado un código CFD en tarjeta gráfica, para realizar una valoración de cómo se puede adaptar un código sobre malla no estructurada a arquitecturas paralelas. • Finalmente, se propone una metodología, basada en la función de Green, como una forma eficiente de paralelizar simulaciones numéricas. Esta tesis ha sido apoyada por las actividades realizadas por el Área de Dinámica da Fluidos del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), a través de numerosos proyectos de financiación nacional: DOMINO, SIMUMAT, y CORESFMULAERO. También ha estado en consonancia con las actividades realizadas por el departamento de Métodos y Herramientas de Airbus España y con el grupo Investigación y Tecnología Aeronáutica Europeo (GARTEUR), AG/52. ABSTRACT The motivation of this work is the development of an automatic optimization strategy for large scale shape optimization problems that arise in the aeronautics industry to improve the aerodynamic performance; covering several aspects from the use of Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS), the calculation of the gradients with the continuous adjoint formulation, the development of volumetric b-splines parameterization, mesh adaptation and intersection handling, to the adaptation of Computational Fluid Dynamics (CFD) algorithms to take advantage of highly parallel architectures in order to speed up the optimization process. With the development of the adjoint formulation, gradient-based methods for aerodynamic optimization become a promising approach to improve the aerodynamic performance of aircraft designs. The adjoint methodology allows the evaluation the gradients to all design variables of a cost function, such as drag or lift, at the equivalent cost of more or less one CFD simulation. However, some practical problems have been delaying its full implementation to the industry, which can be summarized as: integrability, computer performance, and adjoint robustness. This work tackles some of these issues and analyse them in well-known test cases. As summary, the contributions comprises: • The employment of NURBS as design variables in an automatic optimization loop for the improvement of the aerodynamic performance of aircraft wings in transonic regimen. • The development of point inversion algorithms to calculate the NURBS parametric coordinates from the space coordinates, to link with the computational grid vertex. • The use and validation of the adjoint formulation to calculate the gradients from the surface sensitivities in an automatic optimization loop and evaluate its reliability, compared with finite differences. • This work proposes some algorithms that take advantage of the underlying CAD geometry description, in the form of NURBS patches, to handle intersections and mesh adaptations. • There are not many usable libraries for NURBS available. In this work an open source library DOMINO NURBS has been developed and is offered to the community as free, open source code. • The implementation of a transonic CFD solver from scratch in a graphic card, for an assessment of the implementability of conventional CFD solvers for unstructured grids to highly parallel architectures. • Finally, this research proposes the use of the Green's function as an efficient paralellization scheme of numerical solvers. The presented work has been supported by the activities carried out at the Fluid Dynamics branch of the National Institute for Aerospace Technology (INTA) through national founding research projects: DOMINO, SIMUMAT, and CORESIMULAERO; in line with the activities carried out by the Methods and Tools and Flight Physics department at Airbus and the Group for Aeronautical Research and Technology in Europe (GARTEUR) action group AG/52.

Cognitive strategies for reducing energy consumption in wireless sensor networks

El consumo energético de las Redes de Sensores Inalámbricas (WSNs por sus siglas en inglés) es un problema histórico que ha sido abordado desde diferentes niveles y visiones, ya que no solo afecta a la propia supervivencia de la red sino que el creciente uso de dispositivos inteligentes y el nuevo paradigma del Internet de las Cosas hace que las WSNs tengan cada vez una mayor influencia en la huella energética. Debido a la tendencia al alza en el uso de estas redes se añade un nuevo problema, la saturación espectral. Las WSNs operan habitualmente en bandas sin licencia como son las bandas Industrial, Científica y Médica (ISM por sus siglas en inglés). Estas bandas se comparten con otro tipo de redes como Wi-Fi o Bluetooth cuyo uso ha crecido exponencialmente en los últimos años. Para abordar este problema aparece el paradigma de la Radio Cognitiva (CR), una tecnología que permite el acceso oportunista al espectro. La introducción de capacidades cognitivas en las WSNs no solo permite optimizar su eficiencia espectral sino que también tiene un impacto positivo en parámetros como la calidad de servicio, la seguridad o el consumo energético. Sin embargo, por otra parte, este nuevo paradigma plantea algunos retos relacionados con el consumo energético. Concretamente, el sensado del espectro, la colaboración entre los nodos (que requiere comunicación adicional) y el cambio en los parámetros de transmisión aumentan el consumo respecto a las WSN clásicas. Teniendo en cuenta que la investigación en el campo del consumo energético ha sido ampliamente abordada puesto que se trata de una de sus principales limitaciones, asumimos que las nuevas estrategias deben surgir de las nuevas capacidades añadidas por las redes cognitivas. Por otro lado, a la hora de diseñar estrategias de optimización para CWSN hay que tener muy presentes las limitaciones de recursos de estas redes en cuanto a memoria, computación y consumo energético de los nodos. En esta tesis doctoral proponemos dos estrategias de reducción de consumo energético en CWSNs basadas en tres pilares fundamentales. El primero son las capacidades cognitivas añadidas a las WSNs que proporcionan la posibilidad de adaptar los parámetros de transmisión en función del espectro disponible. La segunda es la colaboración, como característica intrínseca de las CWSNs. Finalmente, el tercer pilar de este trabajo es teoría de juegos como algoritmo de soporte a la decisión, ampliamente utilizado en WSNs debido a su simplicidad. Como primer aporte de la tesis se presenta un análisis completo de las posibilidades introducidas por la radio cognitiva en materia de reducción de consumo para WSNs. Gracias a las conclusiones extraídas de este análisis, se han planteado las hipótesis de esta tesis relacionadas con la validez de usar capacidades cognitivas como herramienta para la reducción de consumo en CWSNs. Una vez presentada las hipótesis, pasamos a desarrollar las principales contribuciones de la tesis: las dos estrategias diseñadas para reducción de consumo basadas en teoría de juegos y CR. La primera de ellas hace uso de un juego no cooperativo que se juega mediante pares de jugadores. En la segunda estrategia, aunque el juego continúa siendo no cooperativo, se añade el concepto de colaboración. Para cada una de las estrategias se presenta el modelo del juego, el análisis formal de equilibrios y óptimos y la descripción de la estrategia completa donde se incluye la interacción entre nodos. Con el propósito de probar las estrategias mediante simulación e implementación en dispositivos reales hemos desarrollado un marco de pruebas compuesto por un simulador cognitivo y un banco de pruebas formado por nodos cognitivos capaces de comunicarse en tres bandas ISM desarrollados en el B105 Lab. Este marco de pruebas constituye otra de las aportaciones de la tesis que permitirá el avance en la investigación en el área de las CWSNs. Finalmente, se presentan y discuten los resultados derivados de la prueba de las estrategias desarrolladas. La primera estrategia proporciona ahorros de energía mayores al 65% comparados con una WSN sin capacidades cognitivas y alrededor del 25% si la comparamos con una estrategia cognitiva basada en el sensado periódico del espectro para el cambio de canal de acuerdo a un nivel de ruido fijado. Este algoritmo se comporta de forma similar independientemente del nivel de ruido siempre que éste sea espacialmente uniformemente. Esta estrategia, a pesar de su sencillez, nos asegura el comportamiento óptimo en cuanto a consumo energético debido a la utilización de teoría de juegos en la fase de diseño del comportamiento de los nodos. La estrategia colaborativa presenta mejoras respecto a la anterior en términos de protección frente al ruido en escenarios de ruido más complejos donde aporta una mejora del 50% comparada con la estrategia anterior. ABSTRACT Energy consumption in Wireless Sensor Networks (WSNs) is a known historical problem that has been addressed from different areas and on many levels. But this problem should not only be approached from the point of view of their own efficiency for survival. A major portion of communication traffic has migrated to mobile networks and systems. The increased use of smart devices and the introduction of the Internet of Things (IoT) give WSNs a great influence on the carbon footprint. Thus, optimizing the energy consumption of wireless networks could reduce their environmental impact considerably. In recent years, another problem has been added to the equation: spectrum saturation. Wireless Sensor Networks usually operate in unlicensed spectrum bands such as Industrial, Scientific, and Medical (ISM) bands shared with other networks (mainly Wi-Fi and Bluetooth). To address the efficient spectrum utilization problem, Cognitive Radio (CR) has emerged as the key technology that enables opportunistic access to the spectrum. Therefore, the introduction of cognitive capabilities to WSNs allows optimizing their spectral occupation. Cognitive Wireless Sensor Networks (CWSNs) do not only increase the reliability of communications, but they also have a positive impact on parameters such as the Quality of Service (QoS), network security, or energy consumption. These new opportunities introduced by CWSNs unveil a wide field in the energy consumption research area. However, this also implies some challenges. Specifically, the spectrum sensing stage, collaboration among devices (which requires extra communication), and changes in the transmission parameters increase the total energy consumption of the network. When designing CWSN optimization strategies, the fact that WSN nodes are very limited in terms of memory, computational power, or energy consumption has to be considered. Thus, light strategies that require a low computing capacity must be found. Since the field of energy conservation in WSNs has been widely explored, we assume that new strategies could emerge from the new opportunities presented by cognitive networks. In this PhD Thesis, we present two strategies for energy consumption reduction in CWSNs supported by three main pillars. The first pillar is that cognitive capabilities added to the WSN provide the ability to change the transmission parameters according to the spectrum. The second pillar is that the ability to collaborate is a basic characteristic of CWSNs. Finally, the third pillar for this work is the game theory as a decision-making algorithm, which has been widely used in WSNs due to its lightness and simplicity that make it valid to operate in CWSNs. For the development of these strategies, a complete analysis of the possibilities is first carried out by incorporating the cognitive abilities into the network. Once this analysis has been performed, we expose the hypotheses of this thesis related to the use of cognitive capabilities as a useful tool to reduce energy consumption in CWSNs. Once the analyses are exposed, we present the main contribution of this thesis: the two designed strategies for energy consumption reduction based on game theory and cognitive capabilities. The first one is based on a non-cooperative game played between two players in a simple and selfish way. In the second strategy, the concept of collaboration is introduced. Despite the fact that the game used is also a non-cooperative game, the decisions are taken through collaboration. For each strategy, we present the modeled game, the formal analysis of equilibrium and optimum, and the complete strategy describing the interaction between nodes. In order to test the strategies through simulation and implementation in real devices, we have developed a CWSN framework composed by a CWSN simulator based on Castalia and a testbed based on CWSN nodes able to communicate in three different ISM bands. We present and discuss the results derived by the energy optimization strategies. The first strategy brings energy improvement rates of over 65% compared to WSN without cognitive techniques. It also brings energy improvement rates of over 25% compared with sensing strategies for changing channels based on a decision threshold. We have also seen that the algorithm behaves similarly even with significant variations in the level of noise while working in a uniform noise scenario. The collaborative strategy presents improvements respecting the previous strategy in terms of noise protection when the noise scheme is more complex where this strategy shows improvement rates of over 50%.

A proposal for enhancing the motivation in students of computer programming

Computer programming is known to be one of the most difficult courses for students in the first year of engineering. They are faced with the challenge of abstract thinking and gaining programming skills for the first time. These skills are acquired by continuous practicing from the start of the course. In order to enhance the motivation and dynamism of the learning and assessment processes, we have proposed the use of three educational resources namely screencasts, self-assessment questionnaires and automated grading of assignments. These resources have been made available in Moodle which is a Learning Management System widely used in education environments and adopted by the Telecommunications Engineering School at the Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Both teachers and students can enhance the learning and assessment processes through the use of new educational activities such as self-assessment questionnaires and automated grading of assignments. On the other hand, multimedia resources such as screencasts can guide students in complex topics. The resources proposed allow teachers to improve their tutorial actions since they provide immediate feedback and comments to students without the enormous effort of manual correction and evaluation by teachers specially taking into account the large number of students enrolled in the course. In this paper we present the case study where three proposed educational resources were applied. We describe the special features of the course and explain why the use of these resources can both enhance the students? motivation and improve the teaching and learning processes. Our research work was carried out on students attending the "Computer programming" course offered in the first year of a Telecommunications Engineering degree at UPM. This course is mandatory and has more than 450 enrolled students. Our purpose is to encourage the motivation and dynamism of the learning and assessment processes.

"Deporte inclusivo en la escuela": diseño y análisis de un programa de intervencion para promover la inclusión del alumnado con discapacidad en Educación Física

La Educación Física se muestra, a priori, como un área idónea para trabajar intervenciones educativas para facilitar la inclusión de alumnos con discapacidad. Sin embargo, poco se conoce sobre el potencial que presentan los deportes adaptados y paralímpicos como contenido para fomentar la sensibilización y concienciación del alumnado sin discapacidad, especialmente en situaciones inclusivas de práctica. Por otro lado, la actitud del docente y su formación se presentan como claves en este contexto, ya que es quien en última instancia selecciona los contenidos a trabajar. Entendemos que en EF disponemos de una ocasión única en el curriculum para fomentar la participación activa y efectiva del alumno con discapacidad en clase (especialmente a nivel de desarrollo de la competencia motriz, entre otras), si bien esto depende de factores relacionados con los dos agentes anteriores. Es por todo ello que la Educación Física, como protagonista y como contenido, se muestra como un contexto adecuado para la investigación de los procesos de inclusión de alumnos con discapacidad en el ámbito educativo. Este trabajo de investigación pretende arrojar luz a los interrogantes que condicionan y limitan este contexto, desde una perspectiva multidisciplinar, con distintas metodologías, sobre los tres agentes indicados. La falta de consenso en la literatura en cuanto a las características y tipo de intervenciones eficaces para facilitar esta sensibilización del alumnado, unido a que es un ámbito relativamente reciente como tema de investigación, nos ha impulsado a trabajar en esta línea. El primer objetivo de este trabajo de investigación fue diseñar e implementar un programa de sensibilización y concienciación hacia la discapacidad basado en los deportes adaptados en el área de Educación Física para alumnos de secundaria y bachillerato. Inicialmente, se realizó una búsqueda bibliográfica tanto a nivel nacional como internacional, con el fin de definir las características principales que aporta la literatura científica en este aspecto. Apoyándonos por un lado, en el programa educativo Paralympic School Day (CPI, 2004) y por otro, en la citada revisión, desarrollamos un planteamiento inicial de estructura y fases. Dicho proyecto, fue presentado al Comité Paralímpico Español y a las federaciones deportivas españolas para personas con discapacidad, con la finalidad de recabar su apoyo institucional en forma de aval y recursos no solo a nivel económico sino también como apoyo logístico y de difusión. Tras su aprobación y gracias también al apoyo de la UPM, la Fundación Sanitas y Liberty Seguros, se procedió a diseñar el programa. Para el desarrollo de los materiales didácticos se contactó con expertos en la materia de EF y Actividad Física Adaptada tanto del ámbito educativo (profesores de educación secundaria y profesorado universitario) como del deportivo a nivel nacional. A su vez, se comenzó a difundir entre el profesorado de los centros con el fin de detectar su interés en participar durante el curso académico (2012-2013) en el programa “Deporte Inclusivo en la Escuela”. Con la finalización del desarrollo de los materiales didácticos, se visitó a los centros educativos para presentar el dossier informativo donde se explicaba el programa, así como las características y fases para su implementación. El programa está fundamentado en la Teoría del Contacto (Allport, 1954) y basado en los deportes adaptados y paralímpicos, planteado con una metodología inclusiva, seleccionando la información, la simulación y el contacto directo como estrategias para el fomento de la sensibilización y concienciación hacia la inclusión. En la reunión celebrada en la Facultad de Ciencias de la Actividad Física y del Deporte (INEF-UPM) en febrero de 2013, se coordinó junto con el profesorado la implementación del programa en cada uno de los 13 centros educativos, con acciones concretas como la adecuación de la propuesta didáctica en la planificación anual del profesor, el préstamo de material o la ponencia del deportista paralímpico entre otras cuestiones. Para la consecución del objetivo 2 de este trabajo, analizar el efecto del programa en los distintos agentes implicados en el mismo, alumnos sin discapacidad, profesorado de EF y alumnos con discapacidad, se calendarizó la toma de datos y la administración de las diferentes herramientas metodológicas para antes (pretest) como después de la intervención (posttets). En el caso de los alumnos sin discapacidad (N= 1068), se analizó el efecto de la intervención sobre la actitud hacia la inclusión, utilizando el cuestionario “Children Attitude Integrated Physical Education-Revised” (CAIPE-R; Block, 1995) de carácter cuantitativo tras su validación y adaptación al contexto español. Los resultados mostraron cambios significativos positivos en la actitud el grupo que mantuvo un contacto no estructurado con alumnos con discapacidad. En esta muestra también se midió la actitud hacia el juego cooperativo con compañeros con discapacidad en clases de EF usando el cuestionario “Children's Beliefs Toward Cooperative Playing With Peers With Disabilities in Physical Education” (CBIPPD-MPE; Obrusnikova, Block, y Dillon, 2010). El desarrollo de un sistema de categorías fundamentado en la Teoría del Comportamiento Planificado (Azjen, 1991) sirvió como base para el análisis de las creencias del alumnado sin discapacidad. Tras la intervención, las creencias conductuales emergentes se mantuvieron, excepto en el caso de los factores identificados como obstáculos de la inclusión. En el caso de las creencias normativas también se mantuvieron tras la intervención y respecto a las creencias de control, los alumnos identificaron al profesor como principal agente facilitador de la inclusión. En el caso de los profesores de EF participantes en el programa (N=18), se analizó el efecto del programa en su actitud hacia la inclusión de alumnos con discapacidad en EF con el cuestionario “Attitud toward inclusion of individual with physical disabilities in Physical Education” (ATISDPE-R; Kudláèek, Válková, Sherrill, Myers, y French, 2002). Los resultados mostraron que no se produjeron diferencias significativas tras la intervención en la actitud general, encontrando algunas diferencias en determinados ítems relacionados con los beneficios de la inclusión en los alumnos sin discapacidad relacionados con los docentes con experiencia previa con discapacidad y en EF antes de la intervención. La otra dimensión analizada fue el efecto de la intervención en la autoeficacia del profesor en la enseñanza de la EF en condiciones inclusivas, habiendo utilizado el cuestionario "Self-efficacy in teaching PE under inclusive conditions" (SEIPE; Hutzler, Zach, y Gafni, 2005). Los resultados en este caso muestran diferencias significativas positivas en cuestiones relacionadas como sentirse capaces de mejorar las condiciones óptimas de enseñanza con alumnos con discapacidad física como movilidad reducida severa y amputación y discapacidad visual tanto en situaciones deportivas, como juegos o actividades fuera del centro educativo a favor de los docentes. En cuanto al género, los hombres obtuvieron valores superiores a las mujeres en relación a sentirse más capaces de incluir a alumnos con discapacidad física tanto en juegos durante el recreo como en la enseñanza de técnica deportiva. Los profesores con menos de 10 años de docencia mostraron valores más positivos en cuanto a sentirse capaces de incluir a un alumno con discapacidad fisica en deportes durante su tiempo libre. El análisis del diario del profesor muestra por un lado, las tendencias emergentes como principales elementos facilitadores u obstaculizadores de la inclusión en EF, identificando al propio alumno sin discapacidad, el propio profesor, los contenidos, los materiales y la organización. Por otro lado, el análisis de los contenidos propuestos en el programa. En el caso de los alumnos con discapacidad (N=22), se analizó el impacto del programa de intervención en el autoconcepto, con el cuestionario "Autoconcepto forma 5" (AF5; F. García y Musitu, 2001). Se encontraron diferencias significativas a favor de las mujeres antes de la intervención en la dimensión familiar, mientras que los hombres obtuvieron valores más altos en las dimensiones social y físico. En cuanto a la edad, se encontraron diferencias significativas antes de la intervención, con valores superiores en los alumnos más jóvenes (12-14 años) en la dimensión físico, mientras que los alumnos mayores (15-17 años) mostraron valores más altos en la dimensión social del cuestionario. Respeto al tipo de discapacidad, los alumnos con discapacidad motórica mostraron mejores valores que los que tienen discapacidad auditiva para la dimensión físico antes de la intervención. En cuanto al autoconcepto general, las diferencias significativas positivas se producen en la dimensión académica. En cuanto al efecto del programa en la autoestima de los alumnos con discapacidad, se utilizó la Escala de "Autoestima de Rosenberg" (Rosenberg, 1989), no obteniendo diferencias significativas en cuanto el género. Apareciendo diferencias significativas antes de la intervención en el caso de la variable edad en los alumnos más jóvenes, en cuanto a que desearían valorarse más, y en los alumnos con discapacidad auditiva en que no se sienten muy orgullosos de ellos mismos. Se produce una mejora en la autoestima general en cuanto a que se sienten menos inútiles tras la intervención. En relación al objetivo 3 de este trabajo, tras el análisis de los resultados y haber discutido los mismos con los autores de referencia, emergió la propuesta de orientaciones tanto para los programa de intervención en EF para la sensibilización y concienciación del alumnado hacia la inclusión como de cara a la formación específica del profesorado, como clave en este tipo de intervenciones. Creemos que el programa “Deporte Inclusivo Escuela” se convierte en un elemento transformador de la realidad, ya que responde a las necesidades detectadas a la luz de esta investigación y que vienen a dar respuesta a los distintos agentes implicados en su desarrollo. Por un lado, atiende la demanda del ámbito educativo en cuanto a las necesidades de formación del profesorado, sensibilización y concienciación del alumnado sin discapacidad, además de facilitar oportunidades de participación activa al alumno con discapacidad en las sesiones de EF. Por otro lado, satisface la demanda por parte de las instituciones deportivas del ámbito de la discapacidad en cuanto a la promoción y difusión de los deportes adaptados y paralímpicos. Por último, desde el ámbito universitario, se muestra como un recurso en la formación del alumnado del grado en Ciencias de la Actividad Física y del Deporte, por su participación directa con la discapacidad. Por estos motivos, este trabajo se muestra como un punto de partida adecuado para seguir avanzando en la investigación en esta área. ABSTRACT Physical Education (PE) seems a priori, as a suitable area to work educational interventions to facilitate the inclusion of students with disabilities. However, little is known about the potential that have adapted and Paralympic sports as content to raise awareness of students without disabilities, especially in inclusive practice context. On the other hand, teachers’ attitude and their training are presented as key in this context because it is who selects the content to work. We understand that PE have a unique opportunity in the curriculum to encourage active and effective participation of students with disabilities in class (especially at motor competence development, etc.), although this depends on factors related to the two agents. For these reasons that the PE, as actors and as content is displayed as a context for investigating the processes of inclusion of students with disabilities in education. This research aims to shed light on the questions that condition and limit this context, from a multidisciplinary perspective, with different methodologies on the three agents mentioned. The lack of accord in the literature regarding the characteristics and type of effective facilitators of awareness of students, and that is a new area as a research topic, has prompted us to work in this topic research. The first aim of this research was to design and implement a program of awareness towards disability based on adapted sports in the area of physical education for middle and high school students. Initially, a literature search was performed both nationally and internationally, in order to define the main features that brings the scientific literature in this area. On the one hand, we supported in the Paralympic School Day (IPC, 2004) educative program and on the other hand, in that review, we developed an initial approach to structure and phases. The project was presented to the Spanish Paralympic Committee and the Spanish Sports Federations for people with disabilities, in order to obtain institutional support in the form of guarantees and resources not only in economic terms but also as logistical support and dissemination. Thanks to the support of Fundación Sanitas, Liberty Seguros and Politechnical University of Madrid, we proceeded to design the program. For the development of teaching resources it was contacted experts in the field of Adapted Physical Activity and physical education and both the field of education (high school teachers and university professors) as the adapted sport national. In turn, it began to spread among the teachers of the schools in order to identify their interest in participating in the academic year (2012-2013) in the "Inclusive Sport in School" program. With the completion of the development of educational materials to schools he was visited to present the briefing where the program, as well as features and steps for its implementation are explained. The program is based on the Contact Theory (Allport, 1954) and based on adapted and Paralympic sports, raised with an inclusive approach, selecting strategies for promoting awareness and awareness to inclusion like information, contact and simulation of disability. At the meeting held at the Faculty of Sciences of Physical Activity and Sport (INEF-UPM) in February 2013, it was coordinated with the teachers implementing the program in each of the 13 schools with concrete actions such as adequacy of methodological approach in the annual planning of the teacher, the loan or the presentation of materials Paralympian among other issues. To achieve the objective 2 of this paper, to analyze the effect of the program on the various actions involved it, students without disabilities, PE teachers and students with disabilities, the date for management of the different methodological tools for before (pretest) and after the intervention (posttets). For students without disabilities (N= 1068), the effect of the intervention on the attitude towards inclusion was analyzed, using the quantitative questionnaire "Integrated Physical Education Attitude Children-Revised" (CAIPE-R; Block, 1995), after validation and adaptation to the Spanish context. The results showed significant positive changes in the attitude of the group with no structured contact with students with disabilities. This shows the beliefs towards the cooperative play was with peers with disabilities in PE classes also measured, using the questionnaire "Children's Beliefs Toward Cooperative Playing With Peers With Disabilities in Physical Education" (CBIPPD-MPE; Obrusnikova, Block, and Dillon, 2010). The development of a system of categories based on the Theory of Planned Behavior (Azjen, 1991) served as the basis for analysis of the beliefs of students without disabilities. After surgery, emerging behavioral beliefs remained, except in the case of the factors identified as barriers to inclusion. In the case of normative beliefs also they remained after surgery and regarding control beliefs, students identified the teacher as the main facilitator of inclusion. Regarding PE teachers participating in the program (N = 18), the effect of the program was analyzed their attitude toward inclusion of students with disability in PE with the questionnaire "Toward Attitude inclusion of Individual with in Physical Education "(ATISDPE-R; Kudláèek, Válková, Sherrill, Myers, and French, 2002). The results showed no significant difference occurred after surgery in the general attitude, finding some differences in certain related benefits of inclusion in students without disability relating to teachers with previous experience with disability in PE before intervention. The other dimension was analyzed the effect of the intervention on self-efficacy of teachers in the teaching of PE in inclusive terms, having used the questionnaire "Self-efficacy in PE teaching even under conditions" (SEIPE; Hutzler, Zach, and Gafni, 2005). The results showed significant differences positive in issues like being able to enhance the optimal conditions for teaching students with physical disabilities as amputation and severe visual impairment in both sports situations, such as games or activities outside the school to for teachers. Regard to gender, men earned higher values regarding women about feel more able to include students with physical disabilities in both games during recess and teaching sports technique. Teachers with less than 10 years of teaching showed more positive values as you feel able to include a student with physical disabilities in sports during their leisure time. The analysis of daily teacher shows on the one hand, emerging trends as key facilitators or barrier of the inclusion elements in PE, identifying the students without disabilities themselves, the professor, contents, materials and organization. Furthermore, the analysis of daily teacher about the contents proposed in the program. In the case of students with disabilities (N=22), the impact of the intervention program on self-concept was analyzed, with the questionnaire "Self-concept form 5" (AF5, F. Garcia and Musitu, 2001). The women showed significant differences before the intervention in family dimension, while men scored higher values in the social and physical dimensions were found. In terms of age, significant differences were found before the intervention, with higher values in younger students (12-14 years) in the physical dimension, while older children (15-17 years) showed higher values the social dimension of the questionnaire. Respect disabilities, students with motor disabilities showed better values than those with hearing impairment to the physical dimension before surgery. As for the general self-concept, positive significant differences occur in the academic dimension. As for the effect of the program on self-esteem of students with disabilities Scale "Rosenberg Self-Esteem" (Rosenberg, 1989) was used, not getting significant differences in gender. Only appear significant difference before the intervention in the case of younger students as they wish to be valued more, and students with hearing disabilities who do not feel very proud of themselves. Improved self-esteem generally occurs in that they feel less useless after surgery. With regard to the aim 3 of this research, after analyzing the results and have discussed them with the authors, it emerged the proposal of guidelines for both intervention program EF for sensitization and awareness of students towards inclusion as in the face of specific training for teachers, as key in such interventions. We believe that "Inclusive Sport Schools" program becomes a transforming element of reality, as it responds to the needs identified in the light of this research and come to respond to the various elements involved in its development. On the one hand, it meets the demand of the education sector in terms of the needs of teacher training, awareness of students without disability, and facilitates opportunities for students with disabilities for active participation in PE class. On the other hand, it meets the demand of sports institutions in the field of disability regarding the promotion and dissemination of adapted and Paralympic sports. Finally, it is shown as a resource from the university level for the training of degree in Physical Activity and Sport Science students, by its direct involvement with disability. For these reasons, this work is shown as a good starting point to further advance research in this area.

Trust-ware: A Methodology to Analyze, Design, and Secure Trust and Reputation Systems

Entendemos por inteligencia colectiva una forma de inteligencia que surge de la colaboración y la participación de varios individuos o, siendo más estrictos, varias entidades. En base a esta sencilla definición podemos observar que este concepto es campo de estudio de las más diversas disciplinas como pueden ser la sociología, las tecnologías de la información o la biología, atendiendo cada una de ellas a un tipo de entidades diferentes: seres humanos, elementos de computación o animales. Como elemento común podríamos indicar que la inteligencia colectiva ha tenido como objetivo el ser capaz de fomentar una inteligencia de grupo que supere a la inteligencia individual de las entidades que lo forman a través de mecanismos de coordinación, cooperación, competencia, integración, diferenciación, etc. Sin embargo, aunque históricamente la inteligencia colectiva se ha podido desarrollar de forma paralela e independiente en las distintas disciplinas que la tratan, en la actualidad, los avances en las tecnologías de la información han provocado que esto ya no sea suficiente. Hoy en día seres humanos y máquinas a través de todo tipo de redes de comunicación e interfaces, conviven en un entorno en el que la inteligencia colectiva ha cobrado una nueva dimensión: ya no sólo puede intentar obtener un comportamiento superior al de sus entidades constituyentes sino que ahora, además, estas inteligencias individuales son completamente diferentes unas de otras y aparece por lo tanto el doble reto de ser capaces de gestionar esta gran heterogeneidad y al mismo tiempo ser capaces de obtener comportamientos aún más inteligentes gracias a las sinergias que los distintos tipos de inteligencias pueden generar. Dentro de las áreas de trabajo de la inteligencia colectiva existen varios campos abiertos en los que siempre se intenta obtener unas prestaciones superiores a las de los individuos. Por ejemplo: consciencia colectiva, memoria colectiva o sabiduría colectiva. Entre todos estos campos nosotros nos centraremos en uno que tiene presencia en la práctica totalidad de posibles comportamientos inteligentes: la toma de decisiones. El campo de estudio de la toma de decisiones es realmente amplio y dentro del mismo la evolución ha sido completamente paralela a la que citábamos anteriormente en referencia a la inteligencia colectiva. En primer lugar se centró en el individuo como entidad decisoria para posteriormente desarrollarse desde un punto de vista social, institucional, etc. La primera fase dentro del estudio de la toma de decisiones se basó en la utilización de paradigmas muy sencillos: análisis de ventajas e inconvenientes, priorización basada en la maximización de algún parámetro del resultado, capacidad para satisfacer los requisitos de forma mínima por parte de las alternativas, consultas a expertos o entidades autorizadas o incluso el azar. Sin embargo, al igual que el paso del estudio del individuo al grupo supone una nueva dimensión dentro la inteligencia colectiva la toma de decisiones colectiva supone un nuevo reto en todas las disciplinas relacionadas. Además, dentro de la decisión colectiva aparecen dos nuevos frentes: los sistemas de decisión centralizados y descentralizados. En el presente proyecto de tesis nos centraremos en este segundo, que es el que supone una mayor atractivo tanto por las posibilidades de generar nuevo conocimiento y trabajar con problemas abiertos actualmente así como en lo que respecta a la aplicabilidad de los resultados que puedan obtenerse. Ya por último, dentro del campo de los sistemas de decisión descentralizados existen varios mecanismos fundamentales que dan lugar a distintas aproximaciones a la problemática propia de este campo. Por ejemplo el liderazgo, la imitación, la prescripción o el miedo. Nosotros nos centraremos en uno de los más multidisciplinares y con mayor capacidad de aplicación en todo tipo de disciplinas y que, históricamente, ha demostrado que puede dar lugar a prestaciones muy superiores a otros tipos de mecanismos de decisión descentralizados: la confianza y la reputación. Resumidamente podríamos indicar que confianza es la creencia por parte de una entidad que otra va a realizar una determinada actividad de una forma concreta. En principio es algo subjetivo, ya que la confianza de dos entidades diferentes sobre una tercera no tiene porqué ser la misma. Por otro lado, la reputación es la idea colectiva (o evaluación social) que distintas entidades de un sistema tiene sobre otra entidad del mismo en lo que respecta a un determinado criterio. Es por tanto una información de carácter colectivo pero única dentro de un sistema, no asociada a cada una de las entidades del sistema sino por igual a todas ellas. En estas dos sencillas definiciones se basan la inmensa mayoría de sistemas colectivos. De hecho muchas disertaciones indican que ningún tipo de organización podría ser viable de no ser por la existencia y la utilización de los conceptos de confianza y reputación. A partir de ahora, a todo sistema que utilice de una u otra forma estos conceptos lo denominaremos como sistema de confianza y reputación (o TRS, Trust and Reputation System). Sin embargo, aunque los TRS son uno de los aspectos de nuestras vidas más cotidianos y con un mayor campo de aplicación, el conocimiento que existe actualmente sobre ellos no podría ser más disperso. Existen un gran número de trabajos científicos en todo tipo de áreas de conocimiento: filosofía, psicología, sociología, economía, política, tecnologías de la información, etc. Pero el principal problema es que no existe una visión completa de la confianza y reputación en su sentido más amplio. Cada disciplina focaliza sus estudios en unos aspectos u otros dentro de los TRS, pero ninguna de ellas trata de explotar el conocimiento generado en el resto para mejorar sus prestaciones en su campo de aplicación concreto. Aspectos muy detallados en algunas áreas de conocimiento son completamente obviados por otras, o incluso aspectos tratados por distintas disciplinas, al ser estudiados desde distintos puntos de vista arrojan resultados complementarios que, sin embargo, no son aprovechados fuera de dichas áreas de conocimiento. Esto nos lleva a una dispersión de conocimiento muy elevada y a una falta de reutilización de metodologías, políticas de actuación y técnicas de una disciplina a otra. Debido su vital importancia, esta alta dispersión de conocimiento se trata de uno de los principales problemas que se pretenden resolver con el presente trabajo de tesis. Por otro lado, cuando se trabaja con TRS, todos los aspectos relacionados con la seguridad están muy presentes ya que muy este es un tema vital dentro del campo de la toma de decisiones. Además también es habitual que los TRS se utilicen para desempeñar responsabilidades que aportan algún tipo de funcionalidad relacionada con el mundo de la seguridad. Por último no podemos olvidar que el acto de confiar está indefectiblemente unido al de delegar una determinada responsabilidad, y que al tratar estos conceptos siempre aparece la idea de riesgo, riesgo de que las expectativas generadas por el acto de la delegación no se cumplan o se cumplan de forma diferente. Podemos ver por lo tanto que cualquier sistema que utiliza la confianza para mejorar o posibilitar su funcionamiento, por su propia naturaleza, es especialmente vulnerable si las premisas en las que se basa son atacadas. En este sentido podemos comprobar (tal y como analizaremos en más detalle a lo largo del presente documento) que las aproximaciones que realizan las distintas disciplinas que tratan la violación de los sistemas de confianza es de lo más variado. únicamente dentro del área de las tecnologías de la información se ha intentado utilizar alguno de los enfoques de otras disciplinas de cara a afrontar problemas relacionados con la seguridad de TRS. Sin embargo se trata de una aproximación incompleta y, normalmente, realizada para cumplir requisitos de aplicaciones concretas y no con la idea de afianzar una base de conocimiento más general y reutilizable en otros entornos. Con todo esto en cuenta, podemos resumir contribuciones del presente trabajo de tesis en las siguientes. • La realización de un completo análisis del estado del arte dentro del mundo de la confianza y la reputación que nos permite comparar las ventajas e inconvenientes de las diferentes aproximación que se realizan a estos conceptos en distintas áreas de conocimiento. • La definición de una arquitectura de referencia para TRS que contempla todas las entidades y procesos que intervienen en este tipo de sistemas. • La definición de un marco de referencia para analizar la seguridad de TRS. Esto implica tanto identificar los principales activos de un TRS en lo que respecta a la seguridad, así como el crear una tipología de posibles ataques y contramedidas en base a dichos activos. • La propuesta de una metodología para el análisis, el diseño, el aseguramiento y el despliegue de un TRS en entornos reales. Adicionalmente se exponen los principales tipos de aplicaciones que pueden obtenerse de los TRS y los medios para maximizar sus prestaciones en cada una de ellas. • La generación de un software que permite simular cualquier tipo de TRS en base a la arquitectura propuesta previamente. Esto permite evaluar las prestaciones de un TRS bajo una determinada configuración en un entorno controlado previamente a su despliegue en un entorno real. Igualmente es de gran utilidad para evaluar la resistencia a distintos tipos de ataques o mal-funcionamientos del sistema. Además de las contribuciones realizadas directamente en el campo de los TRS, hemos realizado aportaciones originales a distintas áreas de conocimiento gracias a la aplicación de las metodologías de análisis y diseño citadas con anterioridad. • Detección de anomalías térmicas en Data Centers. Hemos implementado con éxito un sistema de deteción de anomalías térmicas basado en un TRS. Comparamos la detección de prestaciones de algoritmos de tipo Self-Organized Maps (SOM) y Growing Neural Gas (GNG). Mostramos como SOM ofrece mejores resultados para anomalías en los sistemas de refrigeración de la sala mientras que GNG es una opción más adecuada debido a sus tasas de detección y aislamiento para casos de anomalías provocadas por una carga de trabajo excesiva. • Mejora de las prestaciones de recolección de un sistema basado en swarm computing y odometría social. Gracias a la implementación de un TRS conseguimos mejorar las capacidades de coordinación de una red de robots autónomos distribuidos. La principal contribución reside en el análisis y la validación de las mejoras increméntales que pueden conseguirse con la utilización apropiada de la información existente en el sistema y que puede ser relevante desde el punto de vista de un TRS, y con la implementación de algoritmos de cálculo de confianza basados en dicha información. • Mejora de la seguridad de Wireless Mesh Networks contra ataques contra la integridad, la confidencialidad o la disponibilidad de los datos y / o comunicaciones soportadas por dichas redes. • Mejora de la seguridad de Wireless Sensor Networks contra ataques avanzamos, como insider attacks, ataques desconocidos, etc. Gracias a las metodologías presentadas implementamos contramedidas contra este tipo de ataques en entornos complejos. En base a los experimentos realizados, hemos demostrado que nuestra aproximación es capaz de detectar y confinar varios tipos de ataques que afectan a los protocoles esenciales de la red. La propuesta ofrece unas velocidades de detección muy altas así como demuestra que la inclusión de estos mecanismos de actuación temprana incrementa significativamente el esfuerzo que un atacante tiene que introducir para comprometer la red. Finalmente podríamos concluir que el presente trabajo de tesis supone la generación de un conocimiento útil y aplicable a entornos reales, que nos permite la maximización de las prestaciones resultantes de la utilización de TRS en cualquier tipo de campo de aplicación. De esta forma cubrimos la principal carencia existente actualmente en este campo, que es la falta de una base de conocimiento común y agregada y la inexistencia de una metodología para el desarrollo de TRS que nos permita analizar, diseñar, asegurar y desplegar TRS de una forma sistemática y no artesanal y ad-hoc como se hace en la actualidad. ABSTRACT By collective intelligence we understand a form of intelligence that emerges from the collaboration and competition of many individuals, or strictly speaking, many entities. Based on this simple definition, we can see how this concept is the field of study of a wide range of disciplines, such as sociology, information science or biology, each of them focused in different kinds of entities: human beings, computational resources, or animals. As a common factor, we can point that collective intelligence has always had the goal of being able of promoting a group intelligence that overcomes the individual intelligence of the basic entities that constitute it. This can be accomplished through different mechanisms such as coordination, cooperation, competence, integration, differentiation, etc. Collective intelligence has historically been developed in a parallel and independent way among the different disciplines that deal with it. However, this is not enough anymore due to the advances in information technologies. Nowadays, human beings and machines coexist in environments where collective intelligence has taken a new dimension: we yet have to achieve a better collective behavior than the individual one, but now we also have to deal with completely different kinds of individual intelligences. Therefore, we have a double goal: being able to deal with this heterogeneity and being able to get even more intelligent behaviors thanks to the synergies that the different kinds of intelligence can generate. Within the areas of collective intelligence there are several open topics where they always try to get better performances from groups than from the individuals. For example: collective consciousness, collective memory, or collective wisdom. Among all these topics we will focus on collective decision making, that has influence in most of the collective intelligent behaviors. The field of study of decision making is really wide, and its evolution has been completely parallel to the aforementioned collective intelligence. Firstly, it was focused on the individual as the main decision-making entity, but later it became involved in studying social and institutional groups as basic decision-making entities. The first studies within the decision-making discipline were based on simple paradigms, such as pros and cons analysis, criteria prioritization, fulfillment, following orders, or even chance. However, in the same way that studying the community instead of the individual meant a paradigm shift within collective intelligence, collective decision-making means a new challenge for all the related disciplines. Besides, two new main topics come up when dealing with collective decision-making: centralized and decentralized decision-making systems. In this thesis project we focus in the second one, because it is the most interesting based on the opportunities to generate new knowledge and deal with open issues in this area, as well as these results can be put into practice in a wider set of real-life environments. Finally, within the decentralized collective decision-making systems discipline, there are several basic mechanisms that lead to different approaches to the specific problems of this field, for example: leadership, imitation, prescription, or fear. We will focus on trust and reputation. They are one of the most multidisciplinary concepts and with more potential for applying them in every kind of environments. Besides, they have historically shown that they can generate better performance than other decentralized decision-making mechanisms. Shortly, we say trust is the belief of one entity that the outcome of other entities’ actions is going to be in a specific way. It is a subjective concept because the trust of two different entities in another one does not have to be the same. Reputation is the collective idea (or social evaluation) that a group of entities within a system have about another entity based on a specific criterion. Thus, it is a collective concept in its origin. It is important to say that the behavior of most of the collective systems are based on these two simple definitions. In fact, a lot of articles and essays describe how any organization would not be viable if the ideas of trust and reputation did not exist. From now on, we call Trust an Reputation System (TRS) to any kind of system that uses these concepts. Even though TRSs are one of the most common everyday aspects in our lives, the existing knowledge about them could not be more dispersed. There are thousands of scientific works in every field of study related to trust and reputation: philosophy, psychology, sociology, economics, politics, information sciences, etc. But the main issue is that a comprehensive vision of trust and reputation for all these disciplines does not exist. Every discipline focuses its studies on a specific set of topics but none of them tries to take advantage of the knowledge generated in the other disciplines to improve its behavior or performance. Detailed topics in some fields are completely obviated in others, and even though the study of some topics within several disciplines produces complementary results, these results are not used outside the discipline where they were generated. This leads us to a very high knowledge dispersion and to a lack in the reuse of methodologies, policies and techniques among disciplines. Due to its great importance, this high dispersion of trust and reputation knowledge is one of the main problems this thesis contributes to solve. When we work with TRSs, all the aspects related to security are a constant since it is a vital aspect within the decision-making systems. Besides, TRS are often used to perform some responsibilities related to security. Finally, we cannot forget that the act of trusting is invariably attached to the act of delegating a specific responsibility and, when we deal with these concepts, the idea of risk is always present. This refers to the risk of generated expectations not being accomplished or being accomplished in a different way we anticipated. Thus, we can see that any system using trust to improve or enable its behavior, because of its own nature, is especially vulnerable if the premises it is based on are attacked. Related to this topic, we can see that the approaches of the different disciplines that study attacks of trust and reputation are very diverse. Some attempts of using approaches of other disciplines have been made within the information science area of knowledge, but these approaches are usually incomplete, not systematic and oriented to achieve specific requirements of specific applications. They never try to consolidate a common base of knowledge that could be reusable in other context. Based on all these ideas, this work makes the following direct contributions to the field of TRS: • The compilation of the most relevant existing knowledge related to trust and reputation management systems focusing on their advantages and disadvantages. • We define a generic architecture for TRS, identifying the main entities and processes involved. • We define a generic security framework for TRS. We identify the main security assets and propose a complete taxonomy of attacks for TRS. • We propose and validate a methodology to analyze, design, secure and deploy TRS in real-life environments. Additionally we identify the principal kind of applications we can implement with TRS and how TRS can provide a specific functionality. • We develop a software component to validate and optimize the behavior of a TRS in order to achieve a specific functionality or performance. In addition to the contributions made directly to the field of the TRS, we have made original contributions to different areas of knowledge thanks to the application of the analysis, design and security methodologies previously presented: • Detection of thermal anomalies in Data Centers. Thanks to the application of the TRS analysis and design methodologies, we successfully implemented a thermal anomaly detection system based on a TRS.We compare the detection performance of Self-Organized- Maps and Growing Neural Gas algorithms. We show how SOM provides better results for Computer Room Air Conditioning anomaly detection, yielding detection rates of 100%, in training data with malfunctioning sensors. We also show that GNG yields better detection and isolation rates for workload anomaly detection, reducing the false positive rate when compared to SOM. • Improving the performance of a harvesting system based on swarm computing and social odometry. Through the implementation of a TRS, we achieved to improve the ability of coordinating a distributed network of autonomous robots. The main contribution lies in the analysis and validation of the incremental improvements that can be achieved with proper use information that exist in the system and that are relevant for the TRS, and the implementation of the appropriated trust algorithms based on such information. • Improving Wireless Mesh Networks security against attacks against the integrity, confidentiality or availability of data and communications supported by these networks. Thanks to the implementation of a TRS we improved the detection time rate against these kind of attacks and we limited their potential impact over the system. • We improved the security of Wireless Sensor Networks against advanced attacks, such as insider attacks, unknown attacks, etc. Thanks to the TRS analysis and design methodologies previously described, we implemented countermeasures against such attacks in a complex environment. In our experiments we have demonstrated that our system is capable of detecting and confining various attacks that affect the core network protocols. We have also demonstrated that our approach is capable of rapid attack detection. Also, it has been proven that the inclusion of the proposed detection mechanisms significantly increases the effort the attacker has to introduce in order to compromise the network. Finally we can conclude that, to all intents and purposes, this thesis offers a useful and applicable knowledge in real-life environments that allows us to maximize the performance of any system based on a TRS. Thus, we deal with the main deficiency of this discipline: the lack of a common and complete base of knowledge and the lack of a methodology for the development of TRS that allow us to analyze, design, secure and deploy TRS in a systematic way.