Governance Structure Choices in Supply Chain Management Evidence from Spanish and Chinese Pork Chain Cases

The author participated in the 6 th EU Framework Project ―Q-pork Chains (FP6-036245-2)‖ from 2007 to 2009. With understanding of work reports from China and other countries, it is found that compared with other countries, China has great problems in pork quality and safety. By comparing the pork chain management between China and Spain, It is found that the difference in governance structure is one of the main differences in pork chain management between Spain and China. In China, spot-market relationship still dominates governance structure of pork chain, especially between the numerous house-hold pig holders and the great number of small slaughters. While in Spain, chain agents commonly apply cooperatives or integrations to cooperate. It also has been proven by recent studies, that in quality management at the chain level that supply chain integration has a direct effect on quality management practices (Han, 2010). Therefore, the author started to investigate the governance structure choices in supply chain management. And it has been set as the first research objective, which is to explain the governance structure choices process and the influencing factors in supply chain management, analyzing the pork chains cases in Spain and in China. During the further investigation, the author noticed the international trade of pork between Spain and China is not smooth since the signature of bi-lateral agreement on pork trade in 2007. Thus, another objective of the research is to find and solve the problems exist in the international pork chain between Spain and China. For the first objective, to explain the governance structure choices in supply chain management, the thesis conducts research in three main sections. 10 First of all, the thesis gives a literature overview in chapter two on Supply Chain Management (SCM), agri-food chain management and pork chain management. It concludes that SCM is a systems approach to view the supply chains as a whole, and to manage the total flow of goods inventory from the supplier to the ultimate customer. It includes the bi-directional flow of products (materials and services) and information, and the associated managerial and operational activities. And it also is a customer focus to create unique and individual source of customer value with an appropriate use of resources, leading to customer satisfaction and building competitive chain advantages. Agri-food chain management and pork chain management are applications of SCM in agri-food sector and pork sector respectively. Then, the research gives a comparative study in chapter three in the pork chain and pork chain management between Spain and China. Many differences are found, while the main difference is governance structure in pork chain management. Furthermore, the author gives an empirical study on governance structure choice in chapter five. It is concluded that governance structure of supply chain consists of a collection of rules/institutions/constraints structuring the transactions between the various stakeholders. Based on the overview on literatures closely related with governance structure, such as transaction cost economics, transaction value analysis and resource-based view theories, seven hypotheses are proposed, which are: Hypothesis 1: Transaction cost has positive relationship with governance structure choice Hypothesis 2: Uncertainty has positive relationship with transaction cost; higher uncertainty exerts high transaction cost Hypothesis 3: The relationship between asset specificity and transaction cost is positive Hypothesis 4: Collaboration advantages and governance structure choice have positive relationship11 Hypothesis 5: Willingness to collaborate has positive relationship with collaboration advantages Hypothesis 6: Capability to collaborate has positive relationship with collaboration advantages Hypothesis 7: Uncertainty has negative effect on collaboration advantages It is noted that as transaction cost value is negative, the transaction cost mentioned in the hypotheses is its absolute value. To test the seven hypotheses, Structural Equation Model (SEM) is applied and data collected from 350 pork slaughtering and processing companies in Jiangsu, Shandong and Henan Provinces in China is used. Based on the empirical SEM model and its results, the seven hypotheses are proved. The author generates several conclusions accordingly. It is found that the governance structure choice of the chain not only depends on transaction cost, it also depends on collaboration advantages. Exchange partners establish more stable and more intense relationship to reduce transaction cost and to maximize collaboration advantages. ―Collaboration advantages‖ in this thesis is defined as the joint value achieved through transaction (mutual activities) of agents in supply chains. This value forms as improvements, mainly in mutual logistics systems, cash response, information exchange, technological improvements and innovative improvements and quality management improvements, etc. Governance structure choice is jointly decided by transaction cost and collaboration advantages. Chain agents take different governance structures to coordinate in order to decrease their transaction cost and to increase their collaboration advantages. In China´s pork chain case, spot market relationship dominates the governance structure among the numerous backyard pig farmer and small family slaughterhouse 12 as they are connected by acquaintance relationship and the transaction cost in turn is low. Their relationship is reliable as they know each other in the neighborhood; as a result, spot market relationship is suitable for their exchange. However, the transaction between large-scale slaughtering and processing industries and small-scale pig producers is becoming difficult. The information hold back behavior and hold-up behavior of small-scale pig producers increase transaction cost between them and large-scale slaughtering and processing industries. Thus, through the more intense and stable relationship between processing industries and pig producers, processing industries reduce the transaction cost and improve the collaboration advantages with their chain partners, in which quality and safety collaboration advantages be increased, meaning that processing industries are able to provide consumers products with better quality and higher safety. It is also drawn that transaction cost is influenced mainly by uncertainty and asset specificity, which is in line with new institutional economics theories developed by Williamson O. E. In China´s pork chain case, behavioral uncertainty is created by the hold-up behaviors of great numbers of small pig producers, while big slaughtering and processing industries having strong asset specificity. On the other hand, ―collaboration advantages‖ is influenced by chain agents´ willingness to collaborate and chain agents´ capabilities to cooperate. With the fast growth of big scale slaughtering and processing industries, they are more willing to know and make effort to cooperate with their chain members, and they are more capable to create joint value together with other chain agents. Therefore, they are now the main chain agents who drive more intense and stable governance structure in China‘s pork chain. For the other objective, to find and solve the problems in the international pork chain between Spain and China, the research gives an analysis in chapter four on the 13 international pork chain. This study gives explanations why the international trade of pork between Spain and China is not sufficient from the chain perspective. It is found that the first obstacle is the high quality and safety requirement set by Chinese government. It makes the Spanish companies difficult to get authorities to export. Other aspects, such as Spanish pork is not competitive in price compared with other countries such as Denmark, United States, Canada, etc., Chinese consumers do not have sufficient information on Spanish pork products, are also important reasons that Spain does not export great quantity of pork products to China. It is concluded that China´s government has too much concern on the quality and safety requirements to Spanish pork products, which makes trade difficult to complete. The two countries need to establish a more stable and intense trade relationship. They also should make the information exchange sufficient and efficient and try to break trade barriers. Spanish companies should consider proper price strategies to win the Chinese pork market

Continental Perspective 3, Spain

Well, I firmly believe that, as a professor, one has the duty, the obligation to show and explain his work. Not, of course, as a model to imitate, but rather as an opportunity to reflect upon that work. So, I will try to explain some of the considerations that were crucial in the development of each project. It is my hope that these reflections may be of interest to you, and due to my optimistic nature, that you may even enjoy it. Today I am going to present some projects, from a specific point of view: that of MATERIALITY. This is why I decided to title this presentation ARCHITEXTURE: that is, architecture from the point of view of texture, the quality of its material. Our architecture wants to pay attention to materials; we like to use very physical materials. We try to explore the expressive possibilities of different materials. That allows us, on the one hand, to try to master different techniques, and exploit their potential. On the other hand, it also avoids the dangers of style. Style is the death of an architect. When he starts repeating formulas, avoiding experimentation, copying himself, he dies of boredom, of intellectual boredom. Nevertheless, I don’t believe that the material itself determines anything. Architecture is an exercise of the freedom of an architect. Almost nothing is a given. Of course, there is the law of gravity and economic restraints, and even the overwhelming building code. But the most determinant factor is always the freedom of the architect, derived from his mastery of knowledge and culture, and his decision to innovate and to take risks

Concienciación para la conservación del patrimonio urbano : los instrumentos de gestión para la recuperación del barrio madrileño de Embajadores

La tesis trata la evolución de la conciencia de la conservación de los centros históricos y de los instrumentos de gestión utilizados en las políticas de rehabilitación del casco antiguo de Madrid, desde las primeras experiencias de los años ‘80 hasta el perfeccionamiento del complejo mecanismo contemporáneo. El proceso de rehabilitación ha demostrado ser extremadamente coherente en cuanto a los objetivos y en cuanto al tema de los instrumentos ha seguido la tendencia de diversificar y flexibilizar. En Madrid se ha utilizado el concepto de rehabilitación en sentido integral, abarca una amplia gama de acciones que implican por una parte, intervenciones directas sobre los edificios y por otra, la valorización del espacio público, de los edificios representativos, la introducción de dotaciones y también un componente social. El tema se analizará desde la perspectiva del barrio de Embajadores, un área muy especial del casco antiguo de la ciudad. Desde 1998 hasta la actualidad allí funciona el Área de Rehabilitación Integral con el nombre de Lavapiés. El barrio de Embajadores representa un caso de extrema complejidad dada su tradición, que mantiene hasta el momento, de barrio popular que ha tenido como consecuencia negativa un grave estado de deterioro de los edificios y de sus estructuras urbanas. Además, presenta una composición socio-cultural muy heterogénea ya que siempre ha alojado oleadas de inmigrantes que llegaban a la capital tanto de las provincias como del extranjero. Los ‘80 marcan en Madrid el inicio de la preocupación por la rehabilitación urbana y de los primeros intentos de definir unos mecanismos. Durante este período el barrio de Embajadores es escenario de los primeros proyectos piloto de rehabilitación. Se sientan las bases del sistema de subvenciones, que empujará hacia un modelo de rehabilitación generalizada. A principios de los años ‘90, la insatisfacción dejada por de los resultados obtenidos, la Administración decide reorganizar la estrategia y se procede a la rehabilitación integral por áreas, concentrando los esfuerzos geográfica y temporalmente. La idea ya se había utilizado diez años antes, pero sin encontrar nunca la voluntad política de aplicarla. En comparación con el casco antiguo, el barrio de Embajadores se dejó para el final del proceso para verificar los métodos en zonas más restringidas en cuanto a superficie y con menos problemas. Desde 1998 hasta hoy, período en que funciona el Área de Rehabilitación Integral de Lavapiés, los distintos tipos de actuaciones, de producción arquitectónica, urbanística y sociocultural, han mostrado su eficacia, de forma que los cambios que aportaron al barrio son evidentes para todos. Mientras que las Áreas de Rehabilitación del centro una vez alcanzados los objetivos, se preparan para su clausura, a nivel administrativo se están definiendo nuevas direcciones y nuevos objetivos para el casco antiguo: subastas para incentivar intervenciones de mejoramiento energético y del nivel de sostenibilidad de los edificios madrileños. La primera parte de la tesis establece las premisas presentando algunos puntos relevantes relativos al desarrollo histórico de los documentos y normativas más importantes que tendrán eco en el proceso de concienciación de la cultura de la conservación del patrimonio urbano de los centros históricos. Después, se habla de la experiencia de rehabilitación urbana en Europa, en España en general y en Madrid en particular, con referencia a los modelos de enfoque, al marco legislativo y a las experiencias relacionadas con el casco antiguo, y en definitiva a la creación de la conciencia de la rehabilitación y conservación de los centros de las ciudades. La segunda parte se centra en el caso de estudio, el barrio de Embajadores. En primer lugar, se presenta en detalle el barrio: ubicación, datos característicos, edificios representativos y flujos que generan, trama urbana, datos sobre la formación histórica, tipologías y características de construcción de los edificios y, para finalizar, algún dato demográfico para introducir la compleja problemática social. Más adelante se exponen las primeras experiencias de rehabilitación: dos proyectos piloto de intervención sobre las viviendas realizados en los años ‘80, uno privado y el otro público. La parte central del trabajo trata sobre la fase intensiva de rehabilitación, proceso puesto en marcha en el año ’98 y que corresponde al período en el que Embajadores es Área de Rehabilitación Integral. Se presentan y analizan los objetivos de la rehabilitación y luego los instrumentos de orden administrativo, normativo y legal que regulan las actuaciones en el barrio. Sucesivamente se afronta la rehabilitación de la parte residencial, en régimen privado y público, que fue el modelo principal que la Administración llevó a cabo. Se presenta todo el proceso, desde la decisión sobre el tipo de rehabilitación, las subvenciones y las soluciones técnicas adoptadas así como la rehabilitación de casos especiales de edificios, que por sus características, el alto nivel de degradación o porque ocupados por inquilinos con dificultades económicas, se realizó con intervención pública. Las enormes dificultades derivadas de la complicada gestión y de las incongruencias de las normativas también se analizan en este trabajo. El autor presenta un dosier de una veintena de trabajos llevados a cobo en el Barrio de Embajadores a lo largo de más de 15 años de experiencia profesional propia. Se intenta, en primer lugar, evaluar la actuación pública en comparación con la privada en cuanto a los modelos propuestos, a las problemáticas que generan y a los resultados obtenidos. Una segunda línea de argumentación se refiere a la relación que se establece entre los instrumentos que se promueven y los que obligan a la conservación y a la rehabilitación de los edificios. Quizás el elemento más interesante, por su conocida innovación, de la experiencia de la obligación de conservación a cargo de los propietarios y la introducción de una revisión periódica del estado de los edificios (ITE), que conduce a su mantenimiento permanente a lo largo del tiempo. El ultimo instrumento aparecido y de por si el más novedoso se refiere a la política de rehabilitación energética iniciada en los últimos años por el Ayuntamiento de Madrid. ABSTRACT Starting from the early experiences of the ‘80s and tackling the complex and improved contemporary techniques of development, the present thesis focuses on raising awareness of the conservation of urban heritage and deals with the evolution of rehabilitation policies adopted in the historical center of Madrid. The rehabilitation process has proven to be extremely coherent in terms of its objectives and, consequently, the subject of the instruments has forged ahead a trend of diversification and flexibility. Madrid has used the concept of rehabilitation in a comprehensive manner, encompassing a wide range of actions, which involved on the one hand, direct interventions on buildings and on the other, the appreciation of the public space with its representative edifices and endowments. Confident that the social components have not been neglected during the rehabilitation proceedings, the topic will be analysed in relation to the neighbourhood of Embajadores, an authentic area of the old town. From 1998 onwards, this quarter serves as a Comprehensive Rehabilitation Area under the name of Lavapies. Considering the tradition and popularity of the district, Embajadores represents a challenging case for rehabilitation projects, aiming to improve the severe state of deterioration of buildings and urban structures. Having a heterogeneous sociocultural dynamic, the neighbourhood has always hosted waves of immigrants who come to the capital both from other provinces and abroad. The 1980s in Madrid marked the beginning of concerns with urban regeneration and the first attempts to define feasible restoration techniques. During this period, the district of Embajadores has benefited from various pilot projects. The financial investments have significant effects on the overall environment, so the model of general rehabilitation has been encouraged throughout the years. In the early 90s, left by the dissatisfaction of the results obtained, the authorities proposed to reorganise the strategy and proceed to the full rehabilitation of areas, concentrating efforts geographically and temporally. The idea had already been used ten years before, but never encountered the political force to be implemented. Compared to the old town, the Embajadores neighbourhood has been left for the end of the process, which focused on verifying the methods in more restricted areas that caused fewer disruptions. For the Comprehensive Rehabilitation Area of Lavapies, the various types of administrative implementations from architectural to urban and socio-cultural productions have proved effective. The improvements experienced by the neighbourhood from 1998 are obvious to all. However, while the areas of rehabilitation of the city centre have achieved their objectives and prepare for closure, the administration is still generating new directions and new targets for the ancient surroundings: auctions to encourage the improvement of energy interventions and the sustainability level for the buildings of Madrid. Therefore, the first part of the thesis establishes the premises and introduces some relevant points concerning the entire city. It describes the historical development of urban projects, indicating the events that will echo in the rehabilitation process. This paper then turns to discuss the experience of urban regeneration in Spain, emphasising the case of Madrid with reference to models of approach, legislative frameworks and appreciation of the old structures. The second part reveals an in depth case study of the district of Embajadores. At first, the thesis provides insights into the neighbourhood: location, general data on representative buildings and propagated trends, urban, historical data on training, building typologies and characteristics. The section introduces some demographic data to complete the portrait of the elaborate social problems encountered in this district, also outlining the first experiences of rehabilitation: two pilot projects on housing intervention made in the 80s, one private and one public. The central part of the thesis deals with the intensive phase of rehabilitation developments launched in the year '98 when Embajadores joined the Comprehensive Rehabilitation Area. It analyses the goals of rehabilitation and the instruments of administrative, regulatory and governing legal proceedings of the neighbourhood. The following chapter addresses the privately and publicly founded plan of residential rehabilitation that constituted the main model conducted by the authorities. It describes the entire process: deciding the type of restoration, subsidies and technical solutions as well as the degree of rehabilitation for special buildings, which either have a high level of degradation or require public intervention when tenants face financial difficulties. The administrative difficulties caused by the enormous bureaucratic machinery and the inconsistencies in regulations are also discussed in this paper. Thus, a just evaluation of the public and private performances regarding the proposed models of rehabilitation, along with the problems they generate and the results obtained is desired throughout the thesis. A second line of argument concerns the relationship established between the instruments that are promoted and requiring conservation and the building restoration. Perhaps the most interesting and innovative element of the new rehabilitation policies is the owners' obligation to preserve their properties and the introduction of a periodic review for the state of the buildings (ITE). These thorough and meticulous regulations lead to an ongoing maintenance of constructions, preventing them from severe or sudden deteriorations.

Preface : (Boundary Element Method) Computers and Structures 83 (2005)

The Boundary Element Method is a powerful numerical technique well rooted in everyday engineering practice. This is shown by boundary element methods included in the most important commercial computer packages and in the continuous publication of books composed to explain the features of the method to beginners or practicing engineers. Our first paper in Computers & Structures on Boundary Elements was published in 1979 (C & S 10, pp. 351–362), so this Special Issue is for us not only the accomplishment of our obligation to show other colleagues the possibilities of a numerical technique in which we believe, but also the celebration of our particular silver jubilee with this Journal.

Arquitectura de Control para la Conducción Autónoma de Vehículos en Entornos Urbanos y Autovías

Hoy en día, el desarrollo tecnológico en el campo de los sistemas inteligentes de transporte (ITS por sus siglas en inglés) ha permitido dotar a los vehículos con diversos sistemas de ayuda a la conducción (ADAS, del inglés advanced driver assistance system), mejorando la experiencia y seguridad de los pasajeros, en especial del conductor. La mayor parte de estos sistemas están pensados para advertir al conductor sobre ciertas situaciones de riesgo, como la salida involuntaria del carril o la proximidad de obstáculos en el camino. No obstante, también podemos encontrar sistemas que van un paso más allá y son capaces de cooperar con el conductor en el control del vehículo o incluso relegarlos de algunas tareas tediosas. Es en este último grupo donde se encuentran los sistemas de control electrónico de estabilidad (ESP - Electronic Stability Program), el antibloqueo de frenos (ABS - Anti-lock Braking System), el control de crucero (CC - Cruise Control) y los más recientes sistemas de aparcamiento asistido. Continuando con esta línea de desarrollo, el paso siguiente consiste en la supresión del conductor humano, desarrollando sistemas que sean capaces de conducir un vehículo de forma autónoma y con un rendimiento superior al del conductor. En este trabajo se presenta, en primer lugar, una arquitectura de control para la automatización de vehículos. Esta se compone de distintos componentes de hardware y software, agrupados de acuerdo a su función principal. El diseño de la arquitectura parte del trabajo previo desarrollado por el Programa AUTOPIA, aunque introduce notables aportaciones en cuanto a la eficiencia, robustez y escalabilidad del sistema. Ahondando un poco más en detalle, debemos resaltar el desarrollo de un algoritmo de localización basado en enjambres de partículas. Este está planteado como un método de filtrado y fusión de la información obtenida a partir de los distintos sensores embarcados en el vehículo, entre los que encontramos un receptor GPS (Global Positioning System), unidades de medición inercial (IMU – Inertial Measurement Unit) e información tomada directamente de los sensores embarcados por el fabricante, como la velocidad de las ruedas y posición del volante. Gracias a este método se ha conseguido resolver el problema de la localización, indispensable para el desarrollo de sistemas de conducción autónoma. Continuando con el trabajo de investigación, se ha estudiado la viabilidad de la aplicación de técnicas de aprendizaje y adaptación al diseño de controladores para el vehículo. Como punto de partida se emplea el método de Q-learning para la generación de un controlador borroso lateral sin ningún tipo de conocimiento previo. Posteriormente se presenta un método de ajuste on-line para la adaptación del control longitudinal ante perturbaciones impredecibles del entorno, como lo son los cambios en la inclinación del camino, fricción de las ruedas o peso de los ocupantes. Para finalizar, se presentan los resultados obtenidos durante un experimento de conducción autónoma en carreteras reales, el cual se llevó a cabo en el mes de Junio de 2012 desde la población de San Lorenzo de El Escorial hasta las instalaciones del Centro de Automática y Robótica (CAR) en Arganda del Rey. El principal objetivo tras esta demostración fue validar el funcionamiento, robustez y capacidad de la arquitectura propuesta para afrontar el problema de la conducción autónoma, bajo condiciones mucho más reales a las que se pueden alcanzar en las instalaciones de prueba. ABSTRACT Nowadays, the technological advances in the Intelligent Transportation Systems (ITS) field have led the development of several driving assistance systems (ADAS). These solutions are designed to improve the experience and security of all the passengers, especially the driver. For most of these systems, the main goal is to warn drivers about unexpected circumstances leading to risk situations such as involuntary lane departure or proximity to other vehicles. However, other ADAS go a step further, being able to cooperate with the driver in the control of the vehicle, or even overriding it on some tasks. Examples of this kind of systems are the anti-lock braking system (ABS), cruise control (CC) and the recently commercialised assisted parking systems. Within this research line, the next step is the development of systems able to replace the human drivers, improving the control and therefore, the safety and reliability of the vehicles. First of all, this dissertation presents a control architecture design for autonomous driving. It is made up of several hardware and software components, grouped according to their main function. The design of this architecture is based on the previous works carried out by the AUTOPIA Program, although notable improvements have been made regarding the efficiency, robustness and scalability of the system. It is also remarkable the work made on the development of a location algorithm for vehicles. The proposal is based on the emulation of the behaviour of biological swarms and its performance is similar to the well-known particle filters. The developed method combines information obtained from different sensors, including GPS, inertial measurement unit (IMU), and data from the original vehicle’s sensors on-board. Through this filtering algorithm the localization problem is properly managed, which is critical for the development of autonomous driving systems. The work deals also with the fuzzy control tuning system, a very time consuming task when done manually. An analysis of learning and adaptation techniques for the development of different controllers has been made. First, the Q-learning –a reinforcement learning method– has been applied to the generation of a lateral fuzzy controller from scratch. Subsequently, the development of an adaptation method for longitudinal control is presented. With this proposal, a final cruise control controller is able to deal with unpredictable environment disturbances, such as road slope, wheel’s friction or even occupants’ weight. As a testbed for the system, an autonomous driving experiment on real roads is presented. This experiment was carried out on June 2012, driving from San Lorenzo de El Escorial up to the Center for Automation and Robotics (CAR) facilities in Arganda del Rey. The main goal of the demonstration was validating the performance, robustness and viability of the proposed architecture to deal with the problem of autonomous driving under more demanding conditions than those achieved on closed test tracks.

Replication Data Management,needs and solutions: an initial evaluation of conceptual approaches for integrating heterogeneous replication study data

Replication Data Management (RDM) aims at enabling the use of data collections from several iterations of an experiment. However, there are several major challenges to RDM from integrating data models and data from empirical study infrastructures that were not designed to cooperate, e.g., data model variation of local data sources. [Objective] In this paper we analyze RDM needs and evaluate conceptual RDM approaches to support replication researchers. [Method] We adapted the ATAM evaluation process to (a) analyze RDM use cases and needs of empirical replication study research groups and (b) compare three conceptual approaches to address these RDM needs: central data repositories with a fixed data model, heterogeneous local repositories, and an empirical ecosystem. [Results] While the central and local approaches have major issues that are hard to resolve in practice, the empirical ecosystem allows bridging current gaps in RDM from heterogeneous data sources. [Conclusions] The empirical ecosystem approach should be explored in diverse empirical environments.

Cooperative controllers for highways based on human experience

The AUTOPIA program has been working on the development of intelligent autonomous vehicles for the last 10 years. Its latest advances have focused on the development of cooperative manœuvres based on communications involving several vehicles. However, so far, these manœuvres have been tested only on private tracks that emulate urban environments. The first experiments with autonomous vehicles on real highways, in the framework of the grand cooperative driving challenge (GCDC) where several vehicles had to cooperate in order to perform cooperative adaptive cruise control (CACC), are described. In this context, the main challenge was to translate, through fuzzy controllers, human driver experience to these scenarios. This communication describes the experiences deriving from this competition, specifically that concerning the controller and the system implemented in a Citröen C3.

Almacenamiento de energía térmica por calor latente en los edificios: bases para la optimización de aplicaciones pasivas, opacas y traslúcidas

La principal motivación para la elección del tema de la tesis es nuestra realidad energética y ambiental. Y más específicamente, la necesidad urgente de dar una respuesta a esta realidad desde el sector de la edificación. Por lo que, el trabajo parte de la búsqueda de soluciones pasivas que ayuden a la reducción del consumo energético y de las emisiones de C02 de los edificios, tanto nuevos como existentes. El objeto de estudio son aplicaciones innovadoras, basadas en el uso de materiales reactivos, con un efecto térmico de memoria bidireccional. La energía es un elemento imprescindible para el desarrollo. Sin embargo, el modelo energético predominante, basado principalmente en la utilización de combustibles de origen fósil, es uno de los importantes responsables del deterioro ambiental que sufre el planeta. Además, sus reservas son limitadas y están concentradas en unas pocas regiones del mundo, lo que genera problemas de dependencia, competitividad y de seguridad de suministro. Dado el gran potencial de ahorro energético del sector de la edificación, la Unión Europea en sus directivas enfatiza la necesidad de mejorar la eficiencia energética de los edificios. Añadiendo, además, la obligatoriedad de desarrollar edificios “energía casi nula”, cuyo prerrequisito es tener un muy alto rendimiento energético. En España, los edificios son responsables del 31% del consumo de energía primaria. La mayor parte de este consumo se relaciona a la utilización de sistemas activos de acondicionamiento. Una medida efectiva para reducir la demanda es mejorar la envolvente. Sin embargo, hay que buscar estrategias adicionales para aumentar aún más la eficiencia de los edificios nuevos y existentes. Para los climas de España, el uso de la inercia térmica ha probado ser una estrategia válida. Sin embargo, su funcionamiento está vinculado al peso y al volumen de los materiales utilizados. Esto limita sus posibilidades en la rehabilitación energética y en los nuevos edificios basados en la construcción ligera. Una alternativa es el uso de aplicaciones de almacenamiento térmico por calor latente, utilizando materiales de cambio de fase (PCM). Los PCM son sustancias con un muy alto calor de fusión, capaces de almacenar una gran cantidad de energía térmica sin requerir aumentos significativos de peso o volumen. Estas características los hacen idóneos para reducir el consumo relacionado con el acondicionamiento térmico, en edificios nuevos y existentes. En la parte preliminar de la investigación, se encontró que para lograr un aprovechamiento óptimo de las aplicaciones con PCM es necesario tener un conocimiento profundo de su funcionamiento y de las variables del sistema. De ahí que el objetivo principal de la presente tesis sea: establecer las bases para la optimizatión integral de las aplicaciones con almacenamiento de energía térmica por calor latente, identificando y validando sus variables más relevantes. La investigación consta de tres partes. La primera, documental, sistematizando y jerarquizando la información científica publicada; la segunda, numérica, basada en un análisis paramétrico de una aplicación con PCM, utilizando simulaciones térmicas; y la tercera, experimental, monitorizando el funcionamiento térmico y energético de diferentes aplicaciones con PCM en módulos a escala real. Los resultados brindan un más profundo entendimiento del funcionamiento de las aplicaciones evaluadas. Han permitido identificar sus variables relevantes, cuantificar su influencia, y determinar condiciones óptimas para su utilización así como situaciones en las que sería muy difícil justificar su uso. En el proceso, se realizó la caracterización térmica y energética de aplicaciones con PCM, tanto opacas como traslúcidas. Además, se ha encontrado que las aplicaciones con PCM son capaces de aumentar la eficiencia energética inclusive en recintos con diseños optimizados, demostrando ser una de las estrategias adecuadas para lograr el muy alto desempeño energético requerido en los edificios energía nula. ABSTRACT The main motivation for choosing the theme of the thesis is our energy and environmental reality. And more specifically, the urgent need to respond to this reality from the building sector. This is why, the work start with the search of passive solutions that help reduce energy consumption and C02 emissions of buildings, in both new and existing ones. The object of study is innovative applications based on the use of responsive materials, with bidirectional thermal memory. Energy is an essential element for development. However, the predominant energy model, based primarily on the use of fossil fuels, is one of the major responsible for the environmental deterioration of the planet, the cause of most of the CO2 emissions. Furthermore, reserves of fossil fuels are limited and are concentrated in a few regions of the world, which creates issues related to dependency, competitiveness, and security of supply. Given the large potential for energy savings in the building sector, the European Union in its directives emphasizes the need to improve energy efficiency in buildings. Also, adding the obligation to develop "nearly zero energy" buildings, whose first prerequisite is to achieve a very high energy efficiency. In Spain, buildings are responsible for 31% of primary energy consumption and most of this consumption is related to the used of HVAC systems. One of the most effective measures to reduce demand is to improve the envelope. However, it is necessary to look for additional strategies to further increase the efficiency of new and existing buildings. For the predominant climates in Spain, use of the thermal inertia may be a valid strategy. Nevertheless, its operation is linked to weight and volume of the materials used. This limits their possibilities in the existing buildings energy retrofitting and in the new buildings based on lightweight construction. An alternative is the use of latent heat thermal energy storage applications (LHTES), using phase change materials (PCM). PCM are substances with a high heat of fusion, capable of storing a large amount of thermal energy without requiring significant increases in weight or volume. These features make them ideal for reducing energy consumption associated with thermal conditioning in both new and existing buildings. In the preliminary part of the investigation, it was found that to get optimum utilization of the PCM applications is needed to have a deep understanding of its operation and, in particular, how the system variables affect its performance. Hence, the main objective of this thesis is: to establish the basis for the integral optimization of applications with latent heat thermal energy storage, identifying and validating the most relevant variables. The research comprises of three parts. The first, documentary, systematizing and prioritizing published scientific information. The second, numeric, based on a parametric analysis of an application PCM using thermal simulations. The third, experimental, monitoring the thermal and energy performance of different applications with PCM on real scale test cells. The results provide a complete understanding of the functioning of the evaluated LHTES application. They have allowed to identify their relevant variables, quantify their influence and determine optimum conditions for use as well as situations where it would be very difficult to justify its use. In the process, it was carried out the power and thermal characterization of various opaque and translucent PCM applications. Furthermore, it has been found that applications with PCM can increase the energy efficiency, even in buildings with optimized designs; proving to be one of the appropriate measures to achieve the high energy performance required in zero energy buildings.

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

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

Bio-climatic Design Handbook: designing public space to reach urban sustainability.

The "Bio-climatic Design Handbook: guidelines for the development of planning regulations" is a tool for urban planning and design professionals planning for the construction of public space taking into account bioclimatic and environmental standards. Based on environmental conditions assessment, urban design guidelines are given. These take into account various scales; from the territory to the microclimatic reality. From these general keys for the design of public space the handbook performs recommendations on specific case studies. The application of bioclimatic techniques in urban design promotes comfort in the public space and the respect for the existing environment, while it influences the energy consumption of buildings that conform this open space. The tool was developed in the context of BIOURB project, where Spain and Portugal cooperate writing this bilingual handbook. The case studies are located in this cross-border region.

Proactive and reactive thermal aware optimization techniques to minimize the environmental impact of data centers

Los Centros de Datos se encuentran actualmente en cualquier sector de la economía mundial. Están compuestos por miles de servidores, dando servicio a los usuarios de forma global, las 24 horas del día y los 365 días del año. Durante los últimos años, las aplicaciones del ámbito de la e-Ciencia, como la e-Salud o las Ciudades Inteligentes han experimentado un desarrollo muy significativo. La necesidad de manejar de forma eficiente las necesidades de cómputo de aplicaciones de nueva generación, junto con la creciente demanda de recursos en aplicaciones tradicionales, han facilitado el rápido crecimiento y la proliferación de los Centros de Datos. El principal inconveniente de este aumento de capacidad ha sido el rápido y dramático incremento del consumo energético de estas infraestructuras. En 2010, la factura eléctrica de los Centros de Datos representaba el 1.3% del consumo eléctrico mundial. Sólo en el año 2012, el consumo de potencia de los Centros de Datos creció un 63%, alcanzando los 38GW. En 2013 se estimó un crecimiento de otro 17%, hasta llegar a los 43GW. Además, los Centros de Datos son responsables de más del 2% del total de emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. Esta tesis doctoral se enfrenta al problema energético proponiendo técnicas proactivas y reactivas conscientes de la temperatura y de la energía, que contribuyen a tener Centros de Datos más eficientes. Este trabajo desarrolla modelos de energía y utiliza el conocimiento sobre la demanda energética de la carga de trabajo a ejecutar y de los recursos de computación y refrigeración del Centro de Datos para optimizar el consumo. Además, los Centros de Datos son considerados como un elemento crucial dentro del marco de la aplicación ejecutada, optimizando no sólo el consumo del Centro de Datos sino el consumo energético global de la aplicación. Los principales componentes del consumo en los Centros de Datos son la potencia de computación utilizada por los equipos de IT, y la refrigeración necesaria para mantener los servidores dentro de un rango de temperatura de trabajo que asegure su correcto funcionamiento. Debido a la relación cúbica entre la velocidad de los ventiladores y el consumo de los mismos, las soluciones basadas en el sobre-aprovisionamiento de aire frío al servidor generalmente tienen como resultado ineficiencias energéticas. Por otro lado, temperaturas más elevadas en el procesador llevan a un consumo de fugas mayor, debido a la relación exponencial del consumo de fugas con la temperatura. Además, las características de la carga de trabajo y las políticas de asignación de recursos tienen un impacto importante en los balances entre corriente de fugas y consumo de refrigeración. La primera gran contribución de este trabajo es el desarrollo de modelos de potencia y temperatura que permiten describes estos balances entre corriente de fugas y refrigeración; así como la propuesta de estrategias para minimizar el consumo del servidor por medio de la asignación conjunta de refrigeración y carga desde una perspectiva multivariable. Cuando escalamos a nivel del Centro de Datos, observamos un comportamiento similar en términos del balance entre corrientes de fugas y refrigeración. Conforme aumenta la temperatura de la sala, mejora la eficiencia de la refrigeración. Sin embargo, este incremente de la temperatura de sala provoca un aumento en la temperatura de la CPU y, por tanto, también del consumo de fugas. Además, la dinámica de la sala tiene un comportamiento muy desigual, no equilibrado, debido a la asignación de carga y a la heterogeneidad en el equipamiento de IT. La segunda contribución de esta tesis es la propuesta de técnicas de asigación conscientes de la temperatura y heterogeneidad que permiten optimizar conjuntamente la asignación de tareas y refrigeración a los servidores. Estas estrategias necesitan estar respaldadas por modelos flexibles, que puedan trabajar en tiempo real, para describir el sistema desde un nivel de abstracción alto. Dentro del ámbito de las aplicaciones de nueva generación, las decisiones tomadas en el nivel de aplicación pueden tener un impacto dramático en el consumo energético de niveles de abstracción menores, como por ejemplo, en el Centro de Datos. Es importante considerar las relaciones entre todos los agentes computacionales implicados en el problema, de forma que puedan cooperar para conseguir el objetivo común de reducir el coste energético global del sistema. La tercera contribución de esta tesis es el desarrollo de optimizaciones energéticas para la aplicación global por medio de la evaluación de los costes de ejecutar parte del procesado necesario en otros niveles de abstracción, que van desde los nodos hasta el Centro de Datos, por medio de técnicas de balanceo de carga. Como resumen, el trabajo presentado en esta tesis lleva a cabo contribuciones en el modelado y optimización consciente del consumo por fugas y la refrigeración de servidores; el modelado de los Centros de Datos y el desarrollo de políticas de asignación conscientes de la heterogeneidad; y desarrolla mecanismos para la optimización energética de aplicaciones de nueva generación desde varios niveles de abstracción. ABSTRACT Data centers are easily found in every sector of the worldwide economy. They consist of tens of thousands of servers, serving millions of users globally and 24-7. In the last years, e-Science applications such e-Health or Smart Cities have experienced a significant development. The need to deal efficiently with the computational needs of next-generation applications together with the increasing demand for higher resources in traditional applications has facilitated the rapid proliferation and growing of data centers. A drawback to this capacity growth has been the rapid increase of the energy consumption of these facilities. In 2010, data center electricity represented 1.3% of all the electricity use in the world. In year 2012 alone, global data center power demand grew 63% to 38GW. A further rise of 17% to 43GW was estimated in 2013. Moreover, data centers are responsible for more than 2% of total carbon dioxide emissions. This PhD Thesis addresses the energy challenge by proposing proactive and reactive thermal and energy-aware optimization techniques that contribute to place data centers on a more scalable curve. This work develops energy models and uses the knowledge about the energy demand of the workload to be executed and the computational and cooling resources available at data center to optimize energy consumption. Moreover, data centers are considered as a crucial element within their application framework, optimizing not only the energy consumption of the facility, but the global energy consumption of the application. The main contributors to the energy consumption in a data center are the computing power drawn by IT equipment and the cooling power needed to keep the servers within a certain temperature range that ensures safe operation. Because of the cubic relation of fan power with fan speed, solutions based on over-provisioning cold air into the server usually lead to inefficiencies. On the other hand, higher chip temperatures lead to higher leakage power because of the exponential dependence of leakage on temperature. Moreover, workload characteristics as well as allocation policies also have an important impact on the leakage-cooling tradeoffs. The first key contribution of this work is the development of power and temperature models that accurately describe the leakage-cooling tradeoffs at the server level, and the proposal of strategies to minimize server energy via joint cooling and workload management from a multivariate perspective. When scaling to the data center level, a similar behavior in terms of leakage-temperature tradeoffs can be observed. As room temperature raises, the efficiency of data room cooling units improves. However, as we increase room temperature, CPU temperature raises and so does leakage power. Moreover, the thermal dynamics of a data room exhibit unbalanced patterns due to both the workload allocation and the heterogeneity of computing equipment. The second main contribution is the proposal of thermal- and heterogeneity-aware workload management techniques that jointly optimize the allocation of computation and cooling to servers. These strategies need to be backed up by flexible room level models, able to work on runtime, that describe the system from a high level perspective. Within the framework of next-generation applications, decisions taken at this scope can have a dramatical impact on the energy consumption of lower abstraction levels, i.e. the data center facility. It is important to consider the relationships between all the computational agents involved in the problem, so that they can cooperate to achieve the common goal of reducing energy in the overall system. The third main contribution is the energy optimization of the overall application by evaluating the energy costs of performing part of the processing in any of the different abstraction layers, from the node to the data center, via workload management and off-loading techniques. In summary, the work presented in this PhD Thesis, makes contributions on leakage and cooling aware server modeling and optimization, data center thermal modeling and heterogeneityaware data center resource allocation, and develops mechanisms for the energy optimization for next-generation applications from a multi-layer perspective.