Repercusi��n y an��lisis de las nuevas tecnolog��as en el entorno educativo del siglo XXI

Desde que se implant�� la Sociedad de la Informaci��n, educadores e investigadores de todo el mundo han discutido y reflexionado sobre tem��ticas acerca de c��mo deben ser usadas las Tecnolog��as de la Informaci��n y la Comunicaci��n (TIC) para apoyar los aprendizajes, y c��mo estas herramientas pueden ser ��tiles para mejorar los resultados acad��micos. Vivimos en una sociedad din��mica, sujeta a continuos cambios que afectan a cada una de los sectores de nuestra vida. El auge de las TIC ha transformado nuestro modo de pensar, de relacionarnos e incluso la manera de ense��ar y de aprender. De ah�� que la incorporaci��n de las TIC a la sociedad en general y, de forma espec��fica, al mundo de la educaci��n se perciba hoy, como una realidad cada vez m��s consolidada y tambi��n como una necesidad. Por eso, este trabajo tiene como objetivo fundamental la evaluaci��n de la implantaci��n y el desarrollo que la educaci��n y las TIC han tenido desde comienzos del siglo XXI hasta nuestros d��as. Este trabajo se dividir�� en dos partes diferenciadas y complementarias. En una primera secci��n se presenta el marco te��rico de los pilares fundamentales que sustentan la interacci��n entre educaci��n y nuevas tecnolog��as y lo que ello conlleva. Un segundo apartado presenta el dise��o metodol��gico de la investigaci��n y los resultados alcanzados al aplicar instrumentos de evaluaci��n en un centro escolar y su posterior an��lisis e interpretaci��n de los resultados en referencia al impacto de las nuevas tecnolog��as en las aulas. ABSTRACT Since Information Society was introduced, educators and researchers from around the world have discussed and have reflected on issues about how the Information Technology and Communication (ICT) must be used to support learning, and how these tools can be useful for improving academic outcomes. We live in a dynamic society that is subject to continuous changes affecting every sector of our life. The growth of ICT has transformed the way we think and interact and even the way of teaching and learning. Hence, the incorporation of ICT in society in general and, specifically, in the world of education today is perceived as an increasingly consolidated reality and also as a necessity. Therefore, this work has as main objective the evaluation of the implementation and the development that education and ICT have had since the beginning of the XXI century to today. This work is divided into two distinct and complementary parts. The first section presents the theoretical framework of the pillars that support the interaction between education and new technology and what it entails. The second section presents the methodology of the research and results achieved by applying assessment instruments in a school and its subsequent analysis and interpretation of the results concerning to the impact of new technologies in the classrooms.

An��lisis del rendimiento acad��mico del alumnado de ��ltimo curso de ingenier��a mediante nuevas tecnolog��as en el proceso de ense��anza���aprendizaje

En el marco del Espacio Europeo de Educaci��n Superior los estudios deben de estar orientados a facilitar la movilidad de los futuros egresados para que su inclusi��n en mundo laboral sea global y en este contexto, los sistemas educativos deben introducir cambios en el proceso de ense��anza ��� aprendizaje y en la gesti��n. Como uno de los elementos b��sicos de la creaci��n del EEES es el aprendizaje a lo largo de la vida, se deben adoptar metodolog��as que doten al estudiante de capacidades para poder enfrentarse a todos los retos de la vida laboral. A trav��s de la presente investigaci��n se trata de aportar una visi��n real de la aplicaci��n efectiva de un modelo de Aprendizaje Basado en Problemas y el M��todo del Caso acompa��ados de una fuerte Acci��n Tutorial y el uso de la Tecnolog��a de la Informaci��n y Comunicaci��n en la Universidad (TIC). Se considera asimismo de gran inter��s para la mejora del aprendizaje conocer cu��l es la opini��n real de los estudiantes universitarios, ya que son los principales implicados en relaci��n a un modelo formativo apoyado en el Aprendizaje Basado en Problemas, el M��todo del Caso, la Acci��n Tutorial y utilizaci��n de las TIC. A trav��s de este estudio se pretende comprobar y valorar cual es la visi��n real que los alumnos tienen de estas aplicaciones y como las utilizan. Para ello durante los ��ltimos cursos se ha trabajado con alumnos de los ��ltimos cursos de la Escuela T��cnica Superior de Ingenier��a Civil de la Universidad Polit��cnica de Madrid aplicando t��cnicas de Aprendizaje Basado en Problemas y el M��todo del Caso conjuntamente con la utilizaci��n de un Modelo de Acci��n Tutorial y el uso de la TIC. La tarea se ha centrado en desarrollar, a lo largo de los cursos 2009-10, 2010-11, 2011-12 y 2013-14, un modelo de Acci��n Tutorial con los alumnos matriculados en las asignaturas de Caminos I, Caminos II, Aforos y Ordenaci��n del Tr��fico, asignaturas de la titulaci��n de Ingenier��a T��cnica de Obras P��blicas, y por otro lado, en la asignatura de Caminos, perteneciente a la titulaci��n de Ingenier��a Civil. Mediante cuestionarios al inicio y final del curso, se ha conocido cu��l es la opini��n que poseen los alumnos sobre esta acci��n. A continuaci��n, durante los cursos 2010-11, 2011-12 y 2013-14 se desarrolla un modelo experimental para evaluar las mejoras, tanto de rendimiento como de adquisici��n de competencias, utilizando el Aprendizaje Basado en Problemas y el M��todo del Caso acompa��ados de las TIC en el proceso de ense��anza���aprendizaje como modelo de Acci��n Tutorial con alumnos. ABSTRACT Abstract In the frame of the European Higher Education Area, the studies must be faced to facilitate mobility of future graduates for inclusion in the workplace is global and in this context, educational systems must introduce changes in the process of education-learning and management. Since one of the basic elements of the creation of the EHEA is learning throughout life, there must be adopted methodologies that provide the student of aptitudes to be able to face all the challenges of the labor life. Through this research it is provided a real vision of the effective application of a Model of Learning Based on Problems and the Case Method accompanied by a strong Tutorial Action and the use of ITC in the University. It is also considered of great interest for the improvement of learning to know what the real opinion of the college students is, as they are the main players in relation in a training model based on Problem-Based Learning, the Case Method, the Tutorial Action and Use of ICT. Through this study it is expected to verify and assess which is the real vision that students have about these applications and how they use them. In order to achieve the goal of this research project, during the last three years I have been working with students of last courses of the Civil Engineering School of the Technical University of Madrid applying with them techniques of Problem-Based Learning and the Case Method together with the use of a Model Action Tutorial and the Use of Information Technology and Communication (ICT). The task has focused on developing, over the 2009-10, 2010-11, 2011-12 and 2013-14 courses, a model of Tutorial Action with students enrolled in the subjects of Roads I, Roads II, Traffic Gauging and Traffic Management, all of them of the old degree in Civil Engineering (1971 Study Plan), and secondly, on the subject of Roads which belong to the current degree of Civil Engineering. Using questionnaires at the beginning and end of the course the perception that students have on this action.. Then, during the 2010-11, 2011-12 and 2013-14 courses an experimental model is developed to evaluate improvements in both performance and skills acquisition, using Problem-Based Learning and the Case Method together with the ICT in Teaching-Learning Pprocess as a model of Tutorial Action with students.

ICT Road map for supporting energy systems in smart cities

This paper introduces a road map for ICTs (Information and communication technologies) supporting planning, operation and management of energy systems in smart cities. The road map summarises different elements that form energy systems in cities and proposes research and technical development (RTD) and innovation activities for the development and innovation of ICTs for holistic design, planning and operation of energy systems. In addition, synergies with other ICT systems for smart cities are considered. There are four main target groups for the road map: 1) citizen; 2) building sector; 3) energy sector; and 4) municipality level. As an example for enabling active participation of citizens, the road map proposes how ICT can enable citizens? involvement among others into building design. The building sector roadmap proposes how ICTs can support the planning of buildings and renovations in the future, as well as how to manage building energy systems. The energy sector road map focuses on city?s energy systems and their planning and management, including e.g. demand side management, management of different district level energy systems, energy performance validation and management, energy data models, and smarter use of open energy data. Moreover, the municipality level road map proposes among others ICTs for better integration of city systems and city planning enabling maximised energy efficiency. In addition, one road map section suggests development needs related to open energy data, including among others the use of energy data and the development and harmonisation of energy data models. The road map has been assembled in the READY4SmartCities project (funded by EU 7th Framework Programme), which focuses on the energy system at the city level, consisting of centralised energy systems and connections to the national level energy grids, as well as interconnections to the neighbourhood and building level energy systems.

Integraci��n Wi-Fi en un proyecto ICT

La instalaci��n de Infraestructuras Comunes de Telecomunicaci��n (IICCTT) en el interior de las edificaciones para el acceso a los servicios de telecomunicaci��n facilit�� la incorporaci��n a las viviendas de las nuevas tecnolog��as de forma econ��mica y transparente para los usuarios. Actualmente, todos los edificios de nueva construcci��n deben presentar un proyecto ICT firmado por un Ingeniero T��cnico de Telecomunicaci��n de la especialidad correspondiente o un Ingeniero de Telecomunicaci��n. La legislaci��n que las regula afecta a todo tipo de viviendas con independencia del poder adquisitivo del comprador, y contribuye de manera decisiva a que disminuyan a corto y medio plazo las desigualdades sociales en lo relativo al acceso a servicios de telecomunicaci��n tales como telefon��a, Internet, telecomunicaci��n por cable, radiodifusi��n sonora y televisi��n anal��gica, digital, terrenal o por sat��lite, etc.. Desde 1997, el Colegio Oficial de Ingenieros de Telecomunicaci��n junto con otras organizaciones p��blicas y privadas ha participado en la elaboraci��n de la normativa aplicable a las Infraestructuras Comunes de Telecomunicaci��n, dando lugar al actual decreto, el Real Decreto 346/2011, de 11 de Marzo. El prop��sito general de este proyecto es dise��ar una red Wi-Fi a partir de las canalizaciones e instalaciones del proyecto ICT de un conjunto de viviendas unifamiliares, para que todas ellas dispongan de conexi��n a internet de forma inal��mbrica. Para llevar a cabo este dise��o, se ha realizado un estudio de las caracter��sticas del est��ndar IEEE 802.11, conocido como Wi-Fi, analizando las posibilidades de comunicaci��n inal��mbrica que ofrece, as�� como las limitaciones que presenta en la actualidad. Se ha analizado el proyecto ICT del conjunto de viviendas, estudiando la viabilidad de utilizar sus instalaciones para implementar la red Wi-Fi, a��adiendo tanto las canalizaciones como los dispositivos comerciales necesarios para llevar a cabo dicha implementaci��n. Adem��s, se ha estudiado la posibilidad de integrar la red Wi-Fi utilizando el cableado de televisi��n de la propia ICT. Por ��ltimo, se ha estudiado la gran importancia que al Hogar Digital se da en el Real Decreto 346/2011, de 11 de marzo, por el que se aprueba el Reglamento regulador de las Infraestructuras Comunes de Telecomunicaciones para el acceso a los servicios de telecomunicaci��n en el interior de las edificaciones, presentando los aspectos fundamentales que se persiguen con la domotizaci��n de la vivienda como mejora de vida de sus habitantes. Abstract The installation of Telecommunications Common Infrastructures (TCIs, in Spanish Infraestructuras Comunes de Telecomunicaci��n ���IICCTT-) in the buildings, in order to gain access to telecommunications services, facilitated the incorporation into the houses of new technologies in an economical and transparent way for users. Nowadays, every new construction building must have a TCI project signed by a Telecommunications Engineer or a Technical Telecommunications Engineer with the appropriate specialization. The legislation that regulates TCIs affects every kind of houses, independently of the buyer��s purchasing power, and contributes decisively to decrease in short and medium terms the social inequalities concerning the access to the telecommunication services, such as telephony, Internet, wired telecommunications, audible broadcasting and digital, analogical, land, satellite television, etc.. Since 1997, the Telecommunications Engineer Official College, together with other public and private organizations, has been elaborating the regulations for the TCIs, giving rise to the current decree, the Royal Decree 346/2011, of 11th of March. The general purpose of this project is to design a Wi-Fi network based on the canalizations and installations of the TCI project of a housing development, in such a way that every house is provided with a wireless connection to the Internet. In order to carry out this design, the characteristics of the standard IEEE 802.11, known as Wi-Fi, have been studied, analyzing the wireless-communication possibilities that it offers, as well as the constraints that it presents currently. The TCI project has been analyzed, studying the feasibility of using its installations to implement the Wi-Fi network, adding the canalizations and commercial devices required to execute the aforementioned implementation. Besides, the possibility of integrating the Wi-Fi network using the television wires of the TCI project has been investigated. Finally, it has been studied the great importance that has been given to Digital Home in the Royal Decree 346/2011, of 11th of March, that approves the regulatory Regulations of Telecommunications Common Infrastructures for the access to telecommunications services inside the buildings, presenting the essential aspects that are pursued with the house domotization as a way to improve the quality of life of its inhabitants.

Communication Middleware for Distributed Hard Real-Time Systems in Java

Distributed real-time embedded systems are becoming increasingly important to society. More demands will be made on them and greater reliance will be placed on the delivery of their services. A relevant subset of them is high-integrity or hard real-time systems, where failure can cause loss of life, environmental harm, or signi���cant ���nancial loss. Additionally, the evolution of communication networks and paradigms as well as the necessity of demanding processing power and fault tolerance, motivated the interconnection between electronic devices; many of the communications have the possibility of transferring data at a high speed. The concept of distributed systems emerged as systems where different parts are executed on several nodes that interact with each other via a communication network. Java���s popularity, facilities and platform independence have made it an interesting language for the real-time and embedded community. This was the motivation for the development of RTSJ (Real-Time Speci���cation for Java), which is a language extension intended to allow the development of real-time systems. The use of Java in the development of high-integrity systems requires strict development and testing techniques. However, RTJS includes a number of language features that are forbidden in such systems. In the context of the HIJA project, the HRTJ (Hard Real-Time Java) pro���le was developed to de���ne a robust subset of the language that is amenable to static analysis for high-integrity system certi���cation. Currently, a speci���cation under the Java community process (JSR- 302) is being developed. Its purpose is to de���ne those capabilities needed to create safety critical applications with Java technology called Safety Critical Java (SCJ). However, neither RTSJ nor its pro���les provide facilities to develop distributed realtime applications. This is an important issue, as most of the current and future systems will be distributed. The Distributed RTSJ (DRTSJ) Expert Group was created under the Java community process (JSR-50) in order to de���ne appropriate abstractions to overcome this problem. Currently there is no formal speci���cation. The aim of this thesis is to develop a communication middleware that is suitable for the development of distributed hard real-time systems in Java, based on the integration between the RMI (Remote Method Invocation) model and the HRTJ pro���le. It has been designed and implemented keeping in mind the main requirements such as the predictability and reliability in the timing behavior and the resource usage. iThe design starts with the de���nition of a computational model which identi���es among other things: the communication model, most appropriate underlying network protocols, the analysis model, and a subset of Java for hard real-time systems. In the design, the remote references are the basic means for building distributed applications which are associated with all non-functional parameters and resources needed to implement synchronous or asynchronous remote invocations with real-time attributes. The proposed middleware separates the resource allocation from the execution itself by de���ning two phases and a speci���c threading mechanism that guarantees a suitable timing behavior. It also includes mechanisms to monitor the functional and the timing behavior. It provides independence from network protocol de���ning a network interface and modules. The JRMP protocol was modi���ed to include two phases, non-functional parameters, and message size optimizations. Although serialization is one of the fundamental operations to ensure proper data transmission, current implementations are not suitable for hard real-time systems and there are no alternatives. This thesis proposes a predictable serialization that introduces a new compiler to generate optimized code according to the computational model. The proposed solution has the advantage of allowing us to schedule the communications and to adjust the memory usage at compilation time. In order to validate the design and the implementation a demanding validation process was carried out with emphasis in the functional behavior, the memory usage, the processor usage (the end-to-end response time and the response time in each functional block) and the network usage (real consumption according to the calculated consumption). The results obtained in an industrial application developed by Thales Avionics (a Flight Management System) and in exhaustive tests show that the design and the prototype are reliable for industrial applications with strict timing requirements. Los sistemas empotrados y distribuidos de tiempo real son cada vez m��s importantes para la sociedad. Su demanda aumenta y cada vez m��s dependemos de los servicios que proporcionan. Los sistemas de alta integridad constituyen un subconjunto de gran importancia. Se caracterizan por que un fallo en su funcionamiento puede causar p��rdida de vidas humanas, da��os en el medio ambiente o cuantiosas p��rdidas econ��micas. La necesidad de satisfacer requisitos temporales estrictos, hace m��s complejo su desarrollo. Mientras que los sistemas empotrados se sigan expandiendo en nuestra sociedad, es necesario garantizar un coste de desarrollo ajustado mediante el uso t��cnicas adecuadas en su dise��o, mantenimiento y certi���caci��n. En concreto, se requiere una tecnolog��a ���exible e independiente del hardware. La evoluci��n de las redes y paradigmas de comunicaci��n, as�� como la necesidad de mayor potencia de c��mputo y de tolerancia a fallos, ha motivado la interconexi��n de dispositivos electr��nicos. Los mecanismos de comunicaci��n permiten la transferencia de datos con alta velocidad de transmisi��n. En este contexto, el concepto de sistema distribuido ha emergido como sistemas donde sus componentes se ejecutan en varios nodos en paralelo y que interact��an entre ellos mediante redes de comunicaciones. Un concepto interesante son los sistemas de tiempo real neutrales respecto a la plataforma de ejecuci��n. Se caracterizan por la falta de conocimiento de esta plataforma durante su dise��o. Esta propiedad es relevante, por que conviene que se ejecuten en la mayor variedad de arquitecturas, tienen una vida media mayor de diez anos y el lugar �� donde se ejecutan puede variar. El lenguaje de programaci��n Java es una buena base para el desarrollo de este tipo de sistemas. Por este motivo se ha creado RTSJ (Real-Time Speci���cation for Java), que es una extensi��n del lenguaje para permitir el desarrollo de sistemas de tiempo real. Sin embargo, RTSJ no proporciona facilidades para el desarrollo de aplicaciones distribuidas de tiempo real. Es una limitaci��n importante dado que la mayor��a de los actuales y futuros sistemas ser��n distribuidos. El grupo DRTSJ (DistributedRTSJ) fue creado bajo el proceso de la comunidad de Java (JSR-50) con el ���n de de���nir las abstracciones que aborden dicha limitaci��n, pero en la actualidad aun no existe una especi���cacion formal. El objetivo de esta tesis es desarrollar un middleware de comunicaciones para el desarrollo de sistemas distribuidos de tiempo real en Java, basado en la integraci��n entre el modelo de RMI (Remote Method Invocation) y el per���l HRTJ. Ha sido dise��ado e implementado teniendo en cuenta los requisitos principales, como la predecibilidad y la con���abilidad del comportamiento temporal y el uso de recursos. El dise��o parte de la de���nici��n de un modelo computacional el cual identi���ca entre otras cosas: el modelo de comunicaciones, los protocolos de red subyacentes m��s adecuados, el modelo de an��lisis, y un subconjunto de Java para sistemas de tiempo real cr��tico. En el dise��o, las referencias remotas son el medio b��sico para construcci��n de aplicaciones distribuidas las cuales son asociadas a todos los par��metros no funcionales y los recursos necesarios para la ejecuci��n de invocaciones remotas s��ncronas o as��ncronas con atributos de tiempo real. El middleware propuesto separa la asignaci��n de recursos de la propia ejecuci��n de���niendo dos fases y un mecanismo de hebras especi���co que garantiza un comportamiento temporal adecuado. Adem��s se ha incluido mecanismos para supervisar el comportamiento funcional y temporal. Se ha buscado independencia del protocolo de red de���niendo una interfaz de red y m��dulos espec�����cos. Tambi��n se ha modi���cado el protocolo JRMP para incluir diferentes fases, par��metros no funcionales y optimizaciones de los tama��os de los mensajes. Aunque la serializaci��n es una de las operaciones fundamentales para asegurar la adecuada transmisi��n de datos, las actuales implementaciones no son adecuadas para sistemas cr��ticos y no hay alternativas. Este trabajo propone una serializaci��n predecible que ha implicado el desarrollo de un nuevo compilador para la generaci��n de c��digo optimizado acorde al modelo computacional. La soluci��n propuesta tiene la ventaja que en tiempo de compilaci��n nos permite plani���car las comunicaciones y ajustar el uso de memoria. Con el objetivo de validar el dise��o e implementaci��n se ha llevado a cabo un exigente proceso de validaci��n con ��nfasis en: el comportamiento funcional, el uso de memoria, el uso del procesador (tiempo de respuesta de extremo a extremo y en cada uno de los bloques funcionales) y el uso de la red (consumo real conforme al estimado). Los buenos resultados obtenidos en una aplicaci��n industrial desarrollada por Thales Avionics (un sistema de gesti��n de vuelo) y en las pruebas exhaustivas han demostrado que el dise��o y el prototipo son ���ables para aplicaciones industriales con estrictos requisitos temporales.

Contribution To Signalling Of 3d Video Streams In Communication Systems Using The Session Initiation Protocol

Las tecnolog��as de v��deo en 3D han estado al alza en los ��ltimos a��os, con abundantes avances en investigaci��n unidos a una adopci��n generalizada por parte de la industria del cine, y una importancia creciente en la electr��nica de consumo. Relacionado con esto, est�� el concepto de v��deo multivista, que abarca el v��deo 3D, y puede definirse como un flujo de v��deo compuesto de dos o m��s vistas. El v��deo multivista permite prestaciones avanzadas de v��deo, como el v��deo estereosc��pico, el ���free viewpoint video���, contacto visual mejorado mediante vistas virtuales, o entornos virtuales compartidos. El prop��sito de esta tesis es salvar un obst��culo considerable de cara al uso de v��deo multivista en sistemas de comunicaci��n: la falta de soporte para esta tecnolog��a por parte de los protocolos de se��alizaci��n existentes, que hace imposible configurar una sesi��n con v��deo multivista mediante mecanismos est��ndar. As�� pues, nuestro principal objetivo es la extensi��n del Protocolo de Inicio de Sesi��n (SIP) para soportar la negociaci��n de sesiones multimedia con flujos de v��deo multivista. Nuestro trabajo se puede resumir en tres contribuciones principales. En primer lugar, hemos definido una extensi��n de se��alizaci��n para configurar sesiones SIP con v��deo 3D. Esta extensi��n modifica el Protocolo de Descripci��n de Sesi��n (SDP) para introducir un nuevo atributo de nivel de medios, y un nuevo tipo de dependencia de descodificaci��n, que contribuyen a describir los formatos de v��deo 3D que pueden emplearse en una sesi��n, as�� como la relaci��n entre los flujos de v��deo que componen un flujo de v��deo 3D. La segunda contribuci��n consiste en una extensi��n a SIP para manejar la se��alizaci��n de videoconferencias con flujos de v��deo multivista. Se definen dos nuevos paquetes de eventos SIP para describir las capacidades y topolog��a de los terminales de conferencia, por un lado, y la configuraci��n espacial y mapeo de flujos de una conferencia, por el otro. Tambi��n se describe un mecanismo para integrar el intercambio de esta informaci��n en el proceso de inicio de una conferencia SIP. Como tercera y ��ltima contribuci��n, introducimos el concepto de espacio virtual de una conferencia, o un sistema de coordenadas que incluye todos los objetos relevantes de la conferencia (como dispositivos de captura, pantallas, y usuarios). Explicamos c��mo el espacio virtual se relaciona con prestaciones de conferencia como el contacto visual, la escala de v��deo y la fidelidad espacial, y proporcionamos reglas para determinar las prestaciones de una conferencia a partir del an��lisis de su espacio virtual, y para generar espacios virtuales durante la configuraci��n de conferencias.

Design and modeling of the multi-agent robotic system: SMART

This article presents the design, kinematic model and communication architecture for the multi-agent robotic system called SMART. The philosophy behind this kind of system requires the communication architecture to contemplate the concurrence of the whole system. The proposed architecture combines different communication technologies (TCP/IP and Bluetooth) under one protocol designed for the cooperation among agents and other elements of the system such as IP-Cameras, image processing library, path planner, user Interface, control block and data block. The high level control is modeled by Work-Flow Petri nets and implemented in C++ and C������. Experimental results show the performance of the designed architecture.

Open multi-technology building energy management system

Energy Efficiency is one of the goals of the Smart Building initiatives. This paper presents an Open Energy Management System which consists of an ontology-based multi-technology platform and a wireless transducer network using 6LoWPAN communication technology. The system allows the integration of several building automation protocols and eases the development of different kind of services to make use of them. The system has been implemented and tested in the Energy Efficiency Research Facility at CeDInt-UPM.

Sistema de Aparcamiento Inteligente Aplicado a las Smart Cities

En las ��ltimas d��cadas el mundo ha sufrido un aumento exponencial en la utilizaci��n de soluciones tecnol��gicas, lo que ha desembocado en la necesidad de medir situaciones o estados de los distintos objetos que nos rodean. A menudo, no es posible cablear determinados sensores por lo que ese aumento en la utilizaci��n de soluciones tecnol��gicas, se ha visto traducido en un aumento de la necesidad de utilizaci��n de sens��rica sin cables para poder hacer telemetr��as correctas. A nivel social, el aumento de la demograf��a mundial est�� estrechamente ligado al aumento de la necesidad de servicios tecnol��gicos, por lo que es l��gico pensar que a m��s habitantes, m��s tecnolog��a ser�� consumida. El objetivo de este Proyecto Final de Carrera est�� basado en la utilizaci��n de diversos nodos o tambi��n llamados motas capaces de realizar transferencia de datos en modo sin cables, permitiendo as�� realizar una aplicaci��n real que solvente problemas generados por el aumento de la densidad de poblaci��n. En concreto se busca la realizaci��n de un sistema de aparcamiento inteligente para estacionamientos en superficie, ayudando por tanto a las tareas de ordenaci��n vehicular dentro del marco de las Smart cities. El sistema est�� basado en el protocolo de comunicaciones 802.15.4 (ZigBee) cuyas caracter��sticas fundamentales radican en el bajo consumo de energ��a de los componentes hardware asociados. En primer lugar se realizar�� un Estado del Arte de las Redes Inal��mbricas de Sensores, abordando tanto la arquitectura como el est��ndar Zigbee y finalmente los componentes XBee que se van a utilizar en este Proyecto. Seguidamente se realizar�� la algoritmia necesaria para el buen funcionamiento del sistema inteligente de estacionamiento y finalmente se realizar�� un piloto demostrador del correcto funcionamiento de la tecnolog��a. ABSTRACT In the last decades the world has experienced an exponential increase in the use of technological solutions, which has resulted in the need to measure situations or states of the objects around us. Often, wired sensors cannot be used at many situations, so the increase in the use of technological solutions, has been translated into a increase of the need of using wireless sensors to make correct telemetries. At the social level, the increase in global demographics is closely linked to the increased need for technological services, so it is logical that more people, more technology will be consumed. The objective of this Final Project is based on the use of various nodes or so-called motes, capable of performing data transfer in wireless mode, thereby allowing performing a real application solving problems generated by the increase of population densities. Specifically looking for the realization of a smart outdoor parking system, thus helping to vehicular management tasks within the framework of the Smart Cities. The system is based on the communication protocol 802.15.4 (ZigBee) whose main characteristics lie in the low energy consumption associated to the hardware components. First there will be a State of the Art of Wireless Sensor Networks, addressing both architecture and finally the Zigbee standard XBee components to be used in this project. Then the necessary algorithms will be developed for the proper working of the intelligent parking system and finally there will be a pilot demonstrator validating the whole system.

Distributes award protocol: A cooperation and communication method for robots.

In this Master���s Thesis a new Distributed Award Protocol (DAP) for robot communication and cooperation is presented. Task assignment (contract awarding) is done dynamically with contracts assigned to robots based upon the best bid received. Instead of having a manager and a contractor it is proposed a fully distributed bidding/awarding mechanism without a distinguished master. The best bidding robots are awarded with contract for execution. The contractors make decisions locally. This brings the following benefits: no communication bottleneck, low computational power requirement, increased robustness. DAP can handle multitasking. Tasks can be injected into system during the execution of already allocated tasks. As tasks have priorities, in the next cycle after taking into account actual bid parameters of all robots, tasks can be re-allocated. The aim is to minimize a global cost function which is a compromise between cost of task execution and cost of resources usage. Information about tasks and bid values is spread among robots with the use of a Round Robin Route, which is a novel solution proposed in this work. This method allows also identifying failed robots. Such failed robot is eliminated from the list of awarded robots and its replacement is found so the task is still executed by a team. If the failure of a robot was temporary (e.g. communication noise) and the robot can recover, it can again participate in the next bidding/awarding process. Using a bidding/awarding mechanism allows robots to dynamically relocate among tasks. This is also contributes to system robustness. DAP was evaluated through multiple experiments done in the multi-robot simulation system. Various scenarios were tested to check the idea of the main algorithm. Different failures of robots (communication failures, partial hardware malfunctions) were simulated and observations were made regarding how DAP recovers from them. Also the DAP flexibility to environment changes was watched. The experiments in the simulated environment confirmed the above features of DAP.

The Role of ICT in Scaling Up the Impact of Social Enterprises

Information and Communication Technologies (ICT) can help social enterprises and other organizations working on global sustainability issues and in the human development sector in general scale their social impact. The flexibility, dynamism, and ubiquity of ICTs make them powerful tools for improving relationships among organizations and their beneficiaries, multiplying the effects of action against many, if not all, aspects of global unsustainability, including poverty and exclusion. The scaling of social impact occurs in two different dimensions. On one hand, ICTs can increase the value proposition of a program or action (depth scaling) in different ways: providing accurate and fast needs recognition, adapting products and services, creating opportunities, building fairer markets, mobilizing actions on environmental and social issues, and creating social capital. On the other hand, ICTs can also increase the number of people reached by the organization (breadth scaling) by accessing new resources, creating synergies and networks, improving organizational efficiency, increasing its visibility, and designing new access channels to beneficiaries. This article analyzes the role of ICT in the depth and breadth scaling of social impact.

Characterization of ICT-based business models of social enterprises

In recent years new models for organizations working on overty alleviation have emerged. One of them, the social enterprise, has attracted the attention of both academics and practitioners all over the world. Even if defined in different ways depending on the context, social enterprise has an enormous potential to generate social benefits and to promote local agency and private initiative in poverty alleviation. In this sense, it is fitting to highlight the importance of identifying the main standards that permit the characterization of diverse social enterprises, in order to understand their main specificities and guarantee value generation for low-income populations. Another crucial factor is understanding innovation as a critical factor in promoting social enterprises. A powerful tool to enhance the impact and application of this model is Information and Communication Technologies. In the 21st century,these tools allow users to find new ways of collaboration, new sustainable business models and a cost-effective way of scaling-up initiatives. This paper, a product of the collaborative research between the Universidad Polit��cnica de Madrid and the Universidade Federal Fluminense, examines different business models for social enterprises and the role that ICT can play in scale and impact of these initiatives

Side-Channel Attack Protection Techniques in FPGA Systems using Enhanced Dual-Rail Solutions

Esta tesis doctoral se centra principalmente en t��cnicas de ataque y contramedidas relacionadas con ataques de canal lateral (SCA por sus siglas en ingl��s), que han sido propuestas dentro del campo de investigaci��n acad��mica desde hace 17 a��os. Las investigaciones relacionadas han experimentado un notable crecimiento en las ��ltimas d��cadas, mientras que los dise��os enfocados en la protecci��n s��lida y eficaz contra dichos ataques a��n se mantienen como un tema de investigaci��n abierto, en el que se necesitan iniciativas m��s confiables para la protecci��n de la informaci��n persona de empresa y de datos nacionales. El primer uso documentado de codificaci��n secreta se remonta a alrededor de 1700 B.C., cuando los jerogl��ficos del antiguo Egipto eran descritos en las inscripciones. La seguridad de la informaci��n siempre ha supuesto un factor clave en la transmisi��n de datos relacionados con inteligencia diplom��tica o militar. Debido a la evoluci��n r��pida de las t��cnicas modernas de comunicaci��n, soluciones de cifrado se incorporaron por primera vez para garantizar la seguridad, integridad y confidencialidad de los contextos de transmisi��n a trav��s de cables sin seguridad o medios inal��mbricos. Debido a las restricciones de potencia de c��lculo antes de la era del ordenador, la t��cnica de cifrado simple era un m��todo m��s que suficiente para ocultar la informaci��n. Sin embargo, algunas vulnerabilidades algor��tmicas pueden ser explotadas para restaurar la regla de codificaci��n sin mucho esfuerzo. Esto ha motivado nuevas investigaciones en el ��rea de la criptograf��a, con el fin de proteger el sistema de informaci��n ante sofisticados algoritmos. Con la invenci��n de los ordenadores se ha acelerado en gran medida la implementaci��n de criptograf��a segura, que ofrece resistencia eficiente encaminada a obtener mayores capacidades de computaci��n altamente reforzadas. Igualmente, sofisticados cripto-an��lisis han impulsado las tecnolog��as de computaci��n. Hoy en d��a, el mundo de la informaci��n ha estado involucrado con el campo de la criptograf��a, enfocada a proteger cualquier campo a trav��s de diversas soluciones de cifrado. Estos enfoques se han fortalecido debido a la unificaci��n optimizada de teor��as matem��ticas modernas y pr��cticas eficaces de hardware, siendo posible su implementaci��n en varias plataformas (microprocesador, ASIC, FPGA, etc.). Las necesidades y requisitos de seguridad en la industria son las principales m��tricas de conducci��n en el dise��o electr��nico, con el objetivo de promover la fabricaci��n de productos de gran alcance sin sacrificar la seguridad de los clientes. Sin embargo, una vulnerabilidad en la implementaci��n pr��ctica encontrada por el Prof. Paul Kocher, et al en 1996 implica que un circuito digital es inherentemente vulnerable a un ataque no convencional, lo cual fue nombrado posteriormente como ataque de canal lateral, debido a su fuente de an��lisis. Sin embargo, algunas cr��ticas sobre los algoritmos criptogr��ficos te��ricamente seguros surgieron casi inmediatamente despu��s de este descubrimiento. En este sentido, los circuitos digitales consisten t��picamente en un gran n��mero de celdas l��gicas fundamentales (como MOS - Metal Oxide Semiconductor), construido sobre un sustrato de silicio durante la fabricaci��n. La l��gica de los circuitos se realiza en funci��n de las innumerables conmutaciones de estas c��lulas. Este mecanismo provoca inevitablemente cierta emanaci��n f��sica especial que puede ser medida y correlacionada con el comportamiento interno del circuito. SCA se puede utilizar para revelar datos confidenciales (por ejemplo, la criptograf��a de claves), analizar la arquitectura l��gica, el tiempo e incluso inyectar fallos malintencionados a los circuitos que se implementan en sistemas embebidos, como FPGAs, ASICs, o tarjetas inteligentes. Mediante el uso de la comparaci��n de correlaci��n entre la cantidad de fuga estimada y las fugas medidas de forma real, informaci��n confidencial puede ser reconstruida en mucho menos tiempo y computaci��n. Para ser precisos, SCA b��sicamente cubre una amplia gama de tipos de ataques, como los an��lisis de consumo de energ��a y radiaci��n ElectroMagn��tica (EM). Ambos se basan en an��lisis estad��stico y, por lo tanto, requieren numerosas muestras. Los algoritmos de cifrado no est��n intr��nsecamente preparados para ser resistentes ante SCA. Es por ello que se hace necesario durante la implementaci��n de circuitos integrar medidas que permitan camuflar las fugas a trav��s de "canales laterales". Las medidas contra SCA est��n evolucionando junto con el desarrollo de nuevas t��cnicas de ataque, as�� como la continua mejora de los dispositivos electr��nicos. Las caracter��sticas f��sicas requieren contramedidas sobre la capa f��sica, que generalmente se pueden clasificar en soluciones intr��nsecas y extr��nsecas. Contramedidas extr��nsecas se ejecutan para confundir la fuente de ataque mediante la integraci��n de ruido o mala alineaci��n de la actividad interna. Comparativamente, las contramedidas intr��nsecas est��n integradas en el propio algoritmo, para modificar la aplicaci��n con el fin de minimizar las fugas medibles, o incluso hacer que dichas fugas no puedan ser medibles. Ocultaci��n y Enmascaramiento son dos t��cnicas t��picas incluidas en esta categor��a. Concretamente, el enmascaramiento se aplica a nivel algor��tmico, para alterar los datos intermedios sensibles con una m��scara de manera reversible. A diferencia del enmascaramiento lineal, las operaciones no lineales que ampliamente existen en criptograf��as modernas son dif��ciles de enmascarar. Dicho m��todo de ocultaci��n, que ha sido verificado como una soluci��n efectiva, comprende principalmente la codificaci��n en doble carril, que est�� ideado especialmente para aplanar o eliminar la fuga dependiente de dato en potencia o en EM. En esta tesis doctoral, adem��s de la descripci��n de las metodolog��as de ataque, se han dedicado grandes esfuerzos sobre la estructura del prototipo de la l��gica propuesta, con el fin de realizar investigaciones enfocadas a la seguridad sobre contramedidas de arquitectura a nivel l��gico. Una caracter��stica de SCA reside en el formato de las fuentes de fugas. Un t��pico ataque de canal lateral se refiere al an��lisis basado en la potencia, donde la capacidad fundamental del transistor MOS y otras capacidades par��sitas son las fuentes esenciales de fugas. Por lo tanto, una l��gica robusta resistente a SCA debe eliminar o mitigar las fugas de estas micro-unidades, como las puertas l��gicas b��sicas, los puertos I/O y las rutas. Las herramientas EDA proporcionadas por los vendedores manipulan la l��gica desde un nivel m��s alto, en lugar de realizarlo desde el nivel de puerta, donde las fugas de canal lateral se manifiestan. Por lo tanto, las implementaciones cl��sicas apenas satisfacen estas necesidades e inevitablemente atrofian el prototipo. Por todo ello, la implementaci��n de un esquema de dise��o personalizado y flexible ha de ser tomado en cuenta. En esta tesis se presenta el dise��o y la implementaci��n de una l��gica innovadora para contrarrestar SCA, en la que se abordan 3 aspectos fundamentales: I. Se basa en ocultar la estrategia sobre el circuito en doble carril a nivel de puerta para obtener din��micamente el equilibrio de las fugas en las capas inferiores; II. Esta l��gica explota las caracter��sticas de la arquitectura de las FPGAs, para reducir al m��nimo el gasto de recursos en la implementaci��n; III. Se apoya en un conjunto de herramientas asistentes personalizadas, incorporadas al flujo gen��rico de dise��o sobre FPGAs, con el fin de manipular los circuitos de forma autom��tica. El kit de herramientas de dise��o autom��tico es compatible con la l��gica de doble carril propuesta, para facilitar la aplicaci��n pr��ctica sobre la familia de FPGA del fabricante Xilinx. En este sentido, la metodolog��a y las herramientas son flexibles para ser extendido a una amplia gama de aplicaciones en las que se desean obtener restricciones mucho m��s r��gidas y sofisticadas a nivel de puerta o rutado. En esta tesis se realiza un gran esfuerzo para facilitar el proceso de implementaci��n y reparaci��n de l��gica de doble carril gen��rica. La viabilidad de las soluciones propuestas es validada mediante la selecci��n de algoritmos criptogr��ficos ampliamente utilizados, y su evaluaci��n exhaustiva en comparaci��n con soluciones anteriores. Todas las propuestas est��n respaldadas eficazmente a trav��s de ataques experimentales con el fin de validar las ventajas de seguridad del sistema. El presente trabajo de investigaci��n tiene la intenci��n de cerrar la brecha entre las barreras de implementaci��n y la aplicaci��n efectiva de l��gica de doble carril. En esencia, a lo largo de esta tesis se describir�� un conjunto de herramientas de implementaci��n para FPGAs que se han desarrollado para trabajar junto con el flujo de dise��o gen��rico de las mismas, con el fin de lograr crear de forma innovadora la l��gica de doble carril. Un nuevo enfoque en el ��mbito de la seguridad en el cifrado se propone para obtener personalizaci��n, automatizaci��n y flexibilidad en el prototipo de circuito de bajo nivel con granularidad fina. Las principales contribuciones del presente trabajo de investigaci��n se resumen brevemente a continuaci��n: ������L��gica de Precharge Absorbed-DPL logic: El uso de la conversi��n de netlist para reservar LUTs libres para ejecutar la se��al de precharge y Ex en una l��gica DPL. ������Posicionamiento entrelazado Row-crossed con pares id��nticos de rutado en redes de doble carril, lo que ayuda a aumentar la resistencia frente a la medici��n EM selectiva y mitigar los impactos de las variaciones de proceso. ������Ejecuci��n personalizada y herramientas de conversi��n autom��tica para la generaci��n de redes id��nticas para la l��gica de doble carril propuesta. (a) Para detectar y reparar conflictos en las conexiones; (b) Detectar y reparar las rutas asim��tricas. (c) Para ser utilizado en otras l��gicas donde se requiere un control estricto de las interconexiones en aplicaciones basadas en Xilinx. ������Plataforma CPA de pruebas personalizadas para el an��lisis de EM y potencia, incluyendo la construcci��n de dicha plataforma, el m��todo de medici��n y an��lisis de los ataques. ������An��lisis de tiempos para cuantificar los niveles de seguridad. ������Divisi��n de Seguridad en la conversi��n parcial de un sistema de cifrado complejo para reducir los costes de la protecci��n. ������Prueba de concepto de un sistema de calefacci��n auto-adaptativo para mitigar los impactos el��ctricos debido a la variaci��n del proceso de silicio de manera din��mica. La presente tesis doctoral se encuentra organizada tal y como se detalla a continuaci��n: En el cap��tulo 1 se abordan los fundamentos de los ataques de canal lateral, que abarca desde conceptos b��sicos de teor��a de modelos de an��lisis, adem��s de la implementaci��n de la plataforma y la ejecuci��n de los ataques. En el cap��tulo 2 se incluyen las estrategias de resistencia SCA contra los ataques de potencia diferencial y de EM. Adem��s de ello, en este cap��tulo se propone una l��gica en doble carril compacta y segura como contribuci��n de gran relevancia, as�� como tambi��n se presentar�� la transformaci��n l��gica basada en un dise��o a nivel de puerta. Por otra parte, en el Cap��tulo 3 se abordan los desaf��os relacionados con la implementaci��n de l��gica en doble carril gen��rica. As�� mismo, se describir�� un flujo de dise��o personalizado para resolver los problemas de aplicaci��n junto con una herramienta de desarrollo autom��tico de aplicaciones propuesta, para mitigar las barreras de dise��o y facilitar los procesos. En el cap��tulo 4 se describe de forma detallada la elaboraci��n e implementaci��n de las herramientas propuestas. Por otra parte, la verificaci��n y validaciones de seguridad de la l��gica propuesta, as�� como un sofisticado experimento de verificaci��n de la seguridad del rutado, se describen en el cap��tulo 5. Por ��ltimo, un resumen de las conclusiones de la tesis y las perspectivas como l��neas futuras se incluyen en el cap��tulo 6. Con el fin de profundizar en el contenido de la tesis doctoral, cada cap��tulo se describe de forma m��s detallada a continuaci��n: En el cap��tulo 1 se introduce plataforma de implementaci��n hardware adem��s las teor��as b��sicas de ataque de canal lateral, y contiene principalmente: (a) La arquitectura gen��rica y las caracter��sticas de la FPGA a utilizar, en particular la Xilinx Virtex-5; (b) El algoritmo de cifrado seleccionado (un m��dulo comercial Advanced Encryption Standard (AES)); (c) Los elementos esenciales de los m��todos de canal lateral, que permiten revelar las fugas de disipaci��n correlacionadas con los comportamientos internos; y el m��todo para recuperar esta relaci��n entre las fluctuaciones f��sicas en los rastros de canal lateral y los datos internos procesados; (d) Las configuraciones de las plataformas de pruebas de potencia / EM abarcadas dentro de la presente tesis. El contenido de esta tesis se amplia y profundiza a partir del cap��tulo 2, en el cual se abordan varios aspectos claves. En primer lugar, el principio de protecci��n de la compensaci��n din��mica de la l��gica gen��rica de precarga de doble carril (Dual-rail Precharge Logic-DPL) se explica mediante la descripci��n de los elementos compensados a nivel de puerta. En segundo lugar, la l��gica PA-DPL es propuesta como aportaci��n original, detallando el protocolo de la l��gica y un caso de aplicaci��n. En tercer lugar, dos flujos de dise��o personalizados se muestran para realizar la conversi��n de doble carril. Junto con ello, se aclaran las definiciones t��cnicas relacionadas con la manipulaci��n por encima de la netlist a nivel de LUT. Finalmente, una breve discusi��n sobre el proceso global se aborda en la parte final del cap��tulo. El Cap��tulo 3 estudia los principales retos durante la implementaci��n de DPLs en FPGAs. El nivel de seguridad de las soluciones de resistencia a SCA encontradas en el estado del arte se ha degenerado debido a las barreras de implantaci��n a trav��s de herramientas EDA convencionales. En el escenario de la arquitectura FPGA estudiada, se discuten los problemas de los formatos de doble carril, impactos par��sitos, sesgo tecnol��gico y la viabilidad de implementaci��n. De acuerdo con estas elaboraciones, se plantean dos problemas: C��mo implementar la l��gica propuesta sin penalizar los niveles de seguridad, y c��mo manipular un gran n��mero de celdas y automatizar el proceso. El PA-DPL propuesto en el cap��tulo 2 se valida con una serie de iniciativas, desde caracter��sticas estructurales como doble carril entrelazado o redes de rutado clonadas, hasta los m��todos de aplicaci��n tales como las herramientas de personalizaci��n y automatizaci��n de EDA. Por otra parte, un sistema de calefacci��n auto-adaptativo es representado y aplicado a una l��gica de doble n��cleo, con el fin de ajustar alternativamente la temperatura local para equilibrar los impactos negativos de la variaci��n del proceso durante la operaci��n en tiempo real. El cap��tulo 4 se centra en los detalles de la implementaci��n del kit de herramientas. Desarrollado sobre una API third-party, el kit de herramientas personalizado es capaz de manipular los elementos de la l��gica de circuito post P&R ncd (una versi��n binaria ilegible del xdl) convertido al formato XDL Xilinx. El mecanismo y raz��n de ser del conjunto de instrumentos propuestos son cuidadosamente descritos, que cubre la detecci��n de enrutamiento y los enfoques para la reparaci��n. El conjunto de herramientas desarrollado tiene como objetivo lograr redes de enrutamiento estrictamente id��nticos para la l��gica de doble carril, tanto para posicionamiento separado como para el entrelazado. Este cap��tulo particularmente especifica las bases t��cnicas para apoyar las implementaciones en los dispositivos de Xilinx y su flexibilidad para ser utilizado sobre otras aplicaciones. El cap��tulo 5 se enfoca en la aplicaci��n de los casos de estudio para la validaci��n de los grados de seguridad de la l��gica propuesta. Se discuten los problemas t��cnicos detallados durante la ejecuci��n y algunas nuevas t��cnicas de implementaci��n. (a) Se discute el impacto en el proceso de posicionamiento de la l��gica utilizando el kit de herramientas propuesto. Diferentes esquemas de implementaci��n, tomando en cuenta la optimizaci��n global en seguridad y coste, se verifican con los experimentos con el fin de encontrar los planes de posicionamiento y reparaci��n optimizados; (b) las validaciones de seguridad se realizan con los m��todos de correlaci��n y an��lisis de tiempo; (c) Una t��ctica asint��tica se aplica a un n��cleo AES sobre BCDL estructurado para validar de forma sofisticada el impacto de enrutamiento sobre m��tricas de seguridad; (d) Los resultados preliminares utilizando el sistema de calefacci��n auto-adaptativa sobre la variaci��n del proceso son mostrados; (e) Se introduce una aplicaci��n pr��ctica de las herramientas para un dise��o de cifrado completa. Cap��tulo 6 incluye el resumen general del trabajo presentado dentro de esta tesis doctoral. Por ��ltimo, una breve perspectiva del trabajo futuro se expone, lo que puede ampliar el potencial de utilizaci��n de las contribuciones de esta tesis a un alcance m��s all�� de los dominios de la criptograf��a en FPGAs. ABSTRACT This PhD thesis mainly concentrates on countermeasure techniques related to the Side Channel Attack (SCA), which has been put forward to academic exploitations since 17 years ago. The related research has seen a remarkable growth in the past decades, while the design of solid and efficient protection still curiously remain as an open research topic where more reliable initiatives are required for personal information privacy, enterprise and national data protections. The earliest documented usage of secret code can be traced back to around 1700 B.C., when the hieroglyphs in ancient Egypt are scribed in inscriptions. Information security always gained serious attention from diplomatic or military intelligence transmission. Due to the rapid evolvement of modern communication technique, crypto solution was first incorporated by electronic signal to ensure the confidentiality, integrity, availability, authenticity and non-repudiation of the transmitted contexts over unsecure cable or wireless channels. Restricted to the computation power before computer era, simple encryption tricks were practically sufficient to conceal information. However, algorithmic vulnerabilities can be excavated to restore the encoding rules with affordable efforts. This fact motivated the development of modern cryptography, aiming at guarding information system by complex and advanced algorithms. The appearance of computers has greatly pushed forward the invention of robust cryptographies, which efficiently offers resistance relying on highly strengthened computing capabilities. Likewise, advanced cryptanalysis has greatly driven the computing technologies in turn. Nowadays, the information world has been involved into a crypto world, protecting any fields by pervasive crypto solutions. These approaches are strong because of the optimized mergence between modern mathematical theories and effective hardware practices, being capable of implement crypto theories into various platforms (microprocessor, ASIC, FPGA, etc). Security needs from industries are actually the major driving metrics in electronic design, aiming at promoting the construction of systems with high performance without sacrificing security. Yet a vulnerability in practical implementation found by Prof. Paul Kocher, et al in 1996 implies that modern digital circuits are inherently vulnerable to an unconventional attack approach, which was named as side-channel attack since then from its analysis source. Critical suspicions to theoretically sound modern crypto algorithms surfaced almost immediately after this discovery. To be specifically, digital circuits typically consist of a great number of essential logic elements (as MOS - Metal Oxide Semiconductor), built upon a silicon substrate during the fabrication. Circuit logic is realized relying on the countless switch actions of these cells. This mechanism inevitably results in featured physical emanation that can be properly measured and correlated with internal circuit behaviors. SCAs can be used to reveal the confidential data (e.g. crypto-key), analyze the logic architecture, timing and even inject malicious faults to the circuits that are implemented in hardware system, like FPGA, ASIC, smart Card. Using various comparison solutions between the predicted leakage quantity and the measured leakage, secrets can be reconstructed at much less expense of time and computation. To be precisely, SCA basically encloses a wide range of attack types, typically as the analyses of power consumption or electromagnetic (EM) radiation. Both of them rely on statistical analyses, and hence require a number of samples. The crypto algorithms are not intrinsically fortified with SCA-resistance. Because of the severity, much attention has to be taken into the implementation so as to assemble countermeasures to camouflage the leakages via "side channels". Countermeasures against SCA are evolving along with the development of attack techniques. The physical characteristics requires countermeasures over physical layer, which can be generally classified into intrinsic and extrinsic vectors. Extrinsic countermeasures are executed to confuse the attacker by integrating noise, misalignment to the intra activities. Comparatively, intrinsic countermeasures are built into the algorithm itself, to modify the implementation for minimizing the measurable leakage, or making them not sensitive any more. Hiding and Masking are two typical techniques in this category. Concretely, masking applies to the algorithmic level, to alter the sensitive intermediate values with a mask in reversible ways. Unlike the linear masking, non-linear operations that widely exist in modern cryptographies are difficult to be masked. Approved to be an effective counter solution, hiding method mainly mentions dual-rail logic, which is specially devised for flattening or removing the data-dependent leakage in power or EM signatures. In this thesis, apart from the context describing the attack methodologies, efforts have also been dedicated to logic prototype, to mount extensive security investigations to countermeasures on logic-level. A characteristic of SCA resides on the format of leak sources. Typical side-channel attack concerns the power based analysis, where the fundamental capacitance from MOS transistors and other parasitic capacitances are the essential leak sources. Hence, a robust SCA-resistant logic must eliminate or mitigate the leakages from these micro units, such as basic logic gates, I/O ports and routings. The vendor provided EDA tools manipulate the logic from a higher behavioral-level, rather than the lower gate-level where side-channel leakage is generated. So, the classical implementations barely satisfy these needs and inevitably stunt the prototype. In this case, a customized and flexible design scheme is appealing to be devised. This thesis profiles an innovative logic style to counter SCA, which mainly addresses three major aspects: I. The proposed logic is based on the hiding strategy over gate-level dual-rail style to dynamically overbalance side-channel leakage from lower circuit layer; II. This logic exploits architectural features of modern FPGAs, to minimize the implementation expenses; III. It is supported by a set of assistant custom tools, incorporated by the generic FPGA design flow, to have circuit manipulations in an automatic manner. The automatic design toolkit supports the proposed dual-rail logic, facilitating the practical implementation on Xilinx FPGA families. While the methodologies and the tools are flexible to be expanded to a wide range of applications where rigid and sophisticated gate- or routing- constraints are desired. In this thesis a great effort is done to streamline the implementation workflow of generic dual-rail logic. The feasibility of the proposed solutions is validated by selected and widely used crypto algorithm, for thorough and fair evaluation w.r.t. prior solutions. All the proposals are effectively verified by security experiments. The presented research work attempts to solve the implementation troubles. The essence that will be formalized along this thesis is that a customized execution toolkit for modern FPGA systems is developed to work together with the generic FPGA design flow for creating innovative dual-rail logic. A method in crypto security area is constructed to obtain customization, automation and flexibility in low-level circuit prototype with fine-granularity in intractable routings. Main contributions of the presented work are summarized next: ������Precharge Absorbed-DPL logic: Using the netlist conversion to reserve free LUT inputs to execute the Precharge and Ex signal in a dual-rail logic style. ������A row-crossed interleaved placement method with identical routing pairs in dual-rail networks, which helps to increase the resistance against selective EM measurement and mitigate the impacts from process variations. ������Customized execution and automatic transformation tools for producing identical networks for the proposed dual-rail logic. (a) To detect and repair the conflict nets; (b) To detect and repair the asymmetric nets. (c) To be used in other logics where strict network control is required in Xilinx scenario. ���������Customized correlation analysis testbed for EM and power attacks, including the platform construction, measurement method and attack analysis. ������A timing analysis based method for quantifying the security grades. ������A methodology of security partitions of complex crypto systems for reducing the protection cost. ������A proof-of-concept self-adaptive heating system to mitigate electrical impacts over process variations in dynamic dual-rail compensation manner. The thesis chapters are organized as follows: Chapter 1 discusses the side-channel attack fundamentals, which covers from theoretic basics to analysis models, and further to platform setup and attack execution. Chapter 2 centers to SCA-resistant strategies against generic power and EM attacks. In this chapter, a major contribution, a compact and secure dual-rail logic style, will be originally proposed. The logic transformation based on bottom-layer design will be presented. Chapter 3 is scheduled to elaborate the implementation challenges of generic dual-rail styles. A customized design flow to solve the implementation problems will be described along with a self-developed automatic implementation toolkit, for mitigating the design barriers and facilitating the processes. Chapter 4 will originally elaborate the tool specifics and construction details. The implementation case studies and security validations for the proposed logic style, as well as a sophisticated routing verification experiment, will be described in Chapter 5. Finally, a summary of thesis conclusions and perspectives for future work are included in Chapter 5. To better exhibit the thesis contents, each chapter is further described next: Chapter 1 provides the introduction of hardware implementation testbed and side-channel attack fundamentals, and mainly contains: (a) The FPGA generic architecture and device features, particularly of Virtex-5 FPGA; (b) The selected crypto algorithm - a commercially and extensively used Advanced Encryption Standard (AES) module - is detailed; (c) The essentials of Side-Channel methods are profiled. It reveals the correlated dissipation leakage to the internal behaviors, and the method to recover this relationship between the physical fluctuations in side-channel traces and the intra processed data; (d) The setups of the power/EM testing platforms enclosed inside the thesis work are given. The content of this thesis is expanded and deepened from chapter 2, which is divided into several aspects. First, the protection principle of dynamic compensation of the generic dual-rail precharge logic is explained by describing the compensated gate-level elements. Second, the novel DPL is originally proposed by detailing the logic protocol and an implementation case study. Third, a couple of custom workflows are shown next for realizing the rail conversion. Meanwhile, the technical definitions that are about to be manipulated above LUT-level netlist are clarified. A brief discussion about the batched process is given in the final part. Chapter 3 studies the implementation challenges of DPLs in FPGAs. The security level of state-of-the-art SCA-resistant solutions are decreased due to the implementation barriers using conventional EDA tools. In the studied FPGA scenario, problems are discussed from dual-rail format, parasitic impact, technological bias and implementation feasibility. According to these elaborations, two problems arise: How to implement the proposed logic without crippling the security level; and How to manipulate a large number of cells and automate the transformation. The proposed PA-DPL in chapter 2 is legalized with a series of initiatives, from structures to implementation methods. Furthermore, a self-adaptive heating system is depicted and implemented to a dual-core logic, assumed to alternatively adjust local temperature for balancing the negative impacts from silicon technological biases on real-time. Chapter 4 centers to the toolkit system. Built upon a third-party Application Program Interface (API) library, the customized toolkit is able to manipulate the logic elements from post P&R circuit (an unreadable binary version of the xdl one) converted to Xilinx xdl format. The mechanism and rationale of the proposed toolkit are carefully convoyed, covering the routing detection and repairing approaches. The developed toolkit aims to achieve very strictly identical routing networks for dual-rail logic both for separate and interleaved placement. This chapter particularly specifies the technical essentials to support the implementations in Xilinx devices and the flexibility to be expanded to other applications. Chapter 5 focuses on the implementation of the case studies for validating the security grades of the proposed logic style from the proposed toolkit. Comprehensive implementation techniques are discussed. (a) The placement impacts using the proposed toolkit are discussed. Different execution schemes, considering the global optimization in security and cost, are verified with experiments so as to find the optimized placement and repair schemes; (b) Security validations are realized with correlation, timing methods; (c) A systematic method is applied to a BCDL structured module to validate the routing impact over security metric; (d) The preliminary results using the self-adaptive heating system over process variation is given; (e) A practical implementation of the proposed toolkit to a large design is introduced. Chapter 6 includes the general summary of the complete work presented inside this thesis. Finally, a brief perspective for the future work is drawn which might expand the potential utilization of the thesis contributions to a wider range of implementation domains beyond cryptography on FPGAs.

Propuesta de un modelo de sistema de informaci��n interorganizacional: aplicaci��n en el sector de la dom��tica para la gesti��n de servicios del hogar digital

El sector de la edificaci��n es uno de los principales sectores econ��micos en Espa��a y, adem��s, es un componente b��sico de la actividad econ��mica y social, debido a su importante papel como generador de empleo, proveedor de bienes e incentivador del crecimiento. Curiosamente, es uno de los sectores con menos regulaci��n y organizaci��n y que, adem��s, est�� formado mayoritariamente por empresas de peque��a y mediana dimensi��n (pymes) que, por su menor capacidad, a menudo, se quedan detr��s de las grandes empresas en t��rminos de adopci��n de soluciones innovadoras. La complejidad en la gesti��n de toda la informaci��n relacionada con un proyecto de edificaci��n ha puesto de manifiesto claras ineficiencias que se traducen en un gasto innecesario bastante representativo. La informaci��n y los conocimientos aprendidos rara vez son transmitidos de una fase a otra dentro del proyecto de edificaci��n y, mucho menos, reutilizados en otros proyectos similares. De este modo, no s��lo se produce un gasto innecesario, sino que incluso podemos encontrar informaci��n contradictoria y obsoleta y, por tanto, in��til para la toma de decisiones. A lo largo de los a��os, esta situaci��n ha sido motivada por la propia configuraci��n del sector, poniendo de manifiesto la necesidad de una soluci��n que pudiera solventar este reto de gesti��n interorganizacional. As��, la cooperaci��n interorganizacional se ha convertido en un factor clave para mejorar la competitividad de las organizaciones, t��picamente pymes, que componen el sector de la edificaci��n. La informaci��n es la piedra angular de cualquier proceso de negocio. Durante la ��ltima d��cada, una amplia gama de industrias han experimentado importantes mejoras de productividad con la aplicaci��n eficiente de las TIC, asociadas, principalmente, a incrementos en la velocidad de proceso de informaci��n y una mayor coherencia en la generaci��n de datos, accesibilidad e intercambio de informaci��n. La aplicaci��n eficaz de las TIC en el sector de la edificaci��n requiere una combinaci��n de aspectos estrat��gicos y t��cticos, puesto que no s��lo se trata de utilizar soluciones puntuales importadas de otros sectores para su aplicaci��n en diferentes ��reas, sino que se buscar��a que la informaci��n multi-agente estuviera integrada y sea coherente para los proyectos de edificaci��n. El sector de la construcci��n ha experimentado un descenso significativo en los ��ltimos a��os en Espa��a y en Europa como resultado de la crisis financiera que comenz�� en 2007. Esta disminuci��n est�� acompa��ada de una baja penetraci��n de las TIC en la interorganizacionales orientadas a los procesos de negocio. El descenso del mercado ha provocado una desaceleraci��n en el sector de la construcci��n, donde s��lo las pymes flexibles han sido capaces de mantener el ritmo a pesar de la especializaci��n y la innovaci��n en los servicios adaptados a las nuevas demandas del mercado. La industria de la edificaci��n est�� muy fragmentada en comparaci��n con otras industrias manufactureras. El alto grado de esta fragmentaci��n est�� ��ntimamente relacionado con un impacto significativo en la productividad y el rendimiento. Muchos estudios de investigaci��n han desarrollado y propuesto una serie de modelos de procesos integrados. Por desgracia, en la actualidad todav��a no se est�� en condiciones para la formalizaci��n de c��mo debe ser la comunicaci��n y el intercambio de informaci��n durante el proceso de construcci��n. El paso del proceso secuencial tradicional a los procesos de interdependencia rec��proca sin lugar a duda son una gran demanda asociada a la comunicaci��n y el flujo de informaci��n en un proyecto de edificaci��n. Recientemente se est�� poniendo mucho ��nfasis en los servicios para el hogar como un primer paso hacia esta mejora en innovaci��n ya que la industria de los servicios digitales interactivos tiene un alto potencial para generar innovaci��n y la ventaja estrat��gica para las empresas existentes. La multiplicidad de servicios para el hogar digital (HD) y los proveedores de servicios demandan, cada vez m��s, la aparici��n de una plataforma capaz de coordinar a todos los agentes del sector con el usuario final. En consecuencia, las estructuras organizacionales tienden a descentralizarse en busca de esa coordinaci��n y, como respuesta a esta demanda, se plantea, tambi��n en este ��mbito, el concepto de cooperaci��n interorganizacional. Por lo tanto, ambos procesos de negocio -el asociado a la construcci��n y el asociado a la provisi��n de servicios del hogar digital, tambi��n considerado como la propia gesti��n de ese hogar digital o edificio, inteligente o no- deben de ser vistos en su conjunto mediante una plataforma tecnol��gica que les d�� soporte y que pueda garantizar la agregaci��n e integraci��n de los diversos procesos, relacionados con la construcci��n y gesti��n, que se suceden durante el ciclo de vida de un edificio. Sobre esta idea y atendiendo a la evoluci��n permanente de los sistemas de informaci��n en un entorno de interrelaci��n y cooperaci��n dar��a lugar a una aplicaci��n del concepto de sistema de informaci��n interorganizacional (SIIO). El SIIO proporciona a las organizaciones la capacidad para mejorar los v��nculos entre los socios comerciales a lo largo de la cadena de suministro, por lo que su importancia ha sido reconocida por organizaciones de diversos sectores. Sin embargo, la adopci��n de un SIIO en diferentes ��mbitos ha demostrado ser complicada y con una alta dependencia de las caracter��sticas particulares de cada sector, siendo, en este momento, una l��nea de investigaci��n abierta. Para contribuir a esta l��nea de investigaci��n, este trabajo pretende recoger, partiendo de una revisi��n de la literatura relacionada, un enfoque en un modelo de adopci��n de un SIIO para el objeto concreto de esta investigaci��n. El dise��o de un SIIO est�� basado principalmente, en la identificaci��n de las necesidades de informaci��n de cada uno de sus agentes participantes, de ah�� la importancia en concretar un modelo de SIIO en el ��mbito de este trabajo. Esta tesis doctoral presenta el modelo de plataforma virtual de la asociaci��n entre diferentes agentes del sector de la edificaci��n, el marco de las relaciones, los flujos de informaci��n correspondientes a diferentes procesos y la metodolog��a que subyace tras el propio modelo, todo ello, con el objeto de contribuir a un modelo unificado que d�� soporte tanto a los procesos relacionados con la construcci��n como con la gesti��n de servicios en el hogar digital y permitiendo cubrir los requisitos importantes que caracterizan este tipo de proyectos: flexibilidad, escalabilidad y robustez. El SIIO se ha convertido en una fuente de innovaci��n y una herramienta estrat��gica que permite a las pymes obtener ventajas competitivas. Debido a la complejidad inherente de la adopci��n de un SIIO, esta investigaci��n extiende el modelo te��rico de adopci��n de un SIIO de Kurnia y Johnston (2000) con un modelo emp��rico para la caracterizaci��n de un SIIO. El modelo resultante tiene como objetivo fomentar la innovaci��n de servicios en el sector mediante la identificaci��n de los factores que influyen en la adopci��n de un SIIO por las pymes en el sector de la edificaci��n como fuente de ventaja competitiva y de colaboraci��n. Por tanto, esta tesis doctoral, proyectada sobre una investigaci��n emp��rica, proporciona un enfoque para caracterizar un modelo de SIIO que permita dar soporte a la gesti��n integrada de los procesos de construcci��n y gesti��n de servicios para el hogar digital. La validez del modelo de SIIO propuesto, como fuente y soporte de ventajas competitivas, est�� ��ntimamente relacionada con la necesidad de intercambio de informaci��n r��pido y fiable que demandan los agentes del sector para mejorar la gesti��n de su interrelaci��n y cooperaci��n con el fin de abordar proyectos m��s complejos en el sector de la edificaci��n, relacionados con la implantaci��n del hogar digital, y contribuyendo, as�� a favorecer el desarrollo de la sociedad de la informaci��n en el segmento residencial. ABSTRACT The building industry is the largest industry in the world. Land purchase, building design, construction, furnishing, building equipment, operations maintenance and the disposition of real estate have an unquestionable prominence not only at economic but also at social level. In Spain, the building sector is one of the main drivers of economy and also a basic component of economic activity and its role in generating employment, supply of goods or incentive for growth is crucial in the evolution of the economy. Surprisingly, it is one of the sectors with less regulation and organization. Another consistent problem is that, in this sector, the majority of companies are small and medium (SMEs), and often behind large firms in terms of their adoption of innovative solutions. The complexity of managing all information related to this industry has lead to a waste of money and time. The information and knowledge gathered is frequently stored in multiple locations, involving the work of thousands of people, and is rarely transferred on to the next phase. This approach is inconsistent and makes that incorrect information is used for decisions. This situation needs a viable solution for interorganizational information management. So, interorganizational co-operation has become a key factor for organization competitiveness within the building sector. Information is the cornerstone of any business process. Therefore, information and communication technologies (ICT) offer a means to change the way business is conducted. During the last decade, significant productivity improvements were experienced by a wide range of industries with ICT implementation. ICT has provided great advantages in speed of operation, consistency of data generation, accessibility and exchange of information. The wasted money resulting from reentering information, errors and omissions caused through poor decisions and actions, and the delays caused while waiting for information, represent a significant percentage of the global benefits. The effective application of ICT in building construction sector requires a combination of strategic and tactical developments. The building sector has experienced a significant decline in recent years in Spain and in Europe as a result of the financial crisis that began in 2007. This drop goes hand in hand with a low penetration of ICT in inter-organizational-oriented business processes. The market decrease has caused a slowdown in the building sector, where only flexible SMEs have been able to keep the pace though specialization and innovation in services adapted to new market demands. The building industry is highly fragmented compared with other manufacturing industries. This fragmentation has a significant negative impact on productivity and performance. Many research studies have developed and proposed a number of integrated process models. Unfortunately, these studies do not suggest how communication and information exchange within the construction process can be achieved, without duplication or lost in quality. A change from the traditional sequential process to reciprocal interdependency processes would increase the demand on communication and information flow over the edification project. Focusing on home services, the digital interactive service industry has the potential to generate innovation and strategic advantage for existing business. Multiplicity of broadband home services (BHS) and suppliers suggest the need for a figure able to coordinate all the agents in sector with the final user. Consequently, organizational structures tend to be decentralized. Responding to this fact, the concept of interorganizational co-operation also is raising in the residential market. Therefore, both of these business processes, building and home service supply, must be complemented with a technological platform that supports these processes and guarantees the aggregation and integration of the several services over building lifecycle. In this context of a technological platform and the permanent evolution of information systems is where the relevance of the concept of inter-organizational information system (IOIS) emerges. IOIS improves linkages between trading partners along the supply chain. However, IOIS adoption has proved to be difficult and not fully accomplished yet. This research reviews the literature in order to focus a model of IOIS adoption. This PhD Thesis presents a model of virtual association, a framework of the relationships, an identification of the information requirements and the corresponding information flows, using the multi-agent system approach. IOIS has become a source of innovation and a strategic tool for SMEs to obtain competitive advantage. Because of the inherent complexity of IOIS adoption, this research extends Kurnia and Johnston���s (2000) theoretical model of IOIS adoption with an empirical model of IOIS characterization. The resultant model aims to foster further service innovation in the sector by identifying the factors influencing IOIS adoption by the SMEs in the building sector as a source of competitive and collaborative advantage. Therefore, this PhD Thesis characterizes an IOIS model to support integrated management of building processes and home services. IOIS validity, as source and holder of competitive advantages, is related to the need for reliable information interchanges to improve interrelationship management. The final goal is to favor tracking of more complex projects in building sector and to contribute to consolidation of the information society through the provision of broadband home services and home automation.

Determination of the influence of specific building regulations in smart buildings

The automation of domestic services began to be implemented in buildings since the late nineteenth century, and today we are used to terms like ���intelligent buildings���, ���digital home��� or ���domotic buildings���. These concepts tell us about constructions which integrate new technologies in order to improve comfort, optimize energy consumption or enhance the security of users. In conjunction, building regulations have been updated to suit the needs of society and to regulate these new facilities in such structures. However, we are not always sure about how far, from the quantitative or qualitative point of view, legislation should regulate certain aspects of the building activity. Consequently, content analysis is adopted in this research to determine the influence of building regulations in the implementation of new technologies in the construction process. This study includes the analysis of different European regulations, the collection and documentation of such guidelines that have been established and a study of the impact that all of these have had in the way we start thinking an architectural project. The achievements of the research could be explained in terms of the regulatory requirements that must be taken into account in order to achieve a successful implementation of a home automation system, and the key finding has been the confirmation of how the design of smart buildings may be promoted through specific regulatory requirements while other factors, such as the global economic situation, do not seem to affect directly the rate of penetration of home automation in construction.