841 resultados para Building, Communication, ICT, Protocol, Smart-Medium Enterprise
Resumo:
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 Politcnica 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
Resumo:
Esta tesis doctoral se centra principalmente en tcnicas de ataque y contramedidas relacionadas con ataques de canal lateral (SCA por sus siglas en ingls), que han sido propuestas dentro del campo de investigacin acadmica desde hace 17 aos. Las investigaciones relacionadas han experimentado un notable crecimiento en las ltimas dcadas, mientras que los diseos enfocados en la proteccin slida y eficaz contra dichos ataques an se mantienen como un tema de investigacin abierto, en el que se necesitan iniciativas ms confiables para la proteccin de la informacin persona de empresa y de datos nacionales. El primer uso documentado de codificacin secreta se remonta a alrededor de 1700 B.C., cuando los jeroglficos del antiguo Egipto eran descritos en las inscripciones. La seguridad de la informacin siempre ha supuesto un factor clave en la transmisin de datos relacionados con inteligencia diplomtica o militar. Debido a la evolucin rpida de las tcnicas modernas de comunicacin, soluciones de cifrado se incorporaron por primera vez para garantizar la seguridad, integridad y confidencialidad de los contextos de transmisin a travs de cables sin seguridad o medios inalmbricos. Debido a las restricciones de potencia de clculo antes de la era del ordenador, la tcnica de cifrado simple era un mtodo ms que suficiente para ocultar la informacin. Sin embargo, algunas vulnerabilidades algortmicas pueden ser explotadas para restaurar la regla de codificacin sin mucho esfuerzo. Esto ha motivado nuevas investigaciones en el rea de la criptografa, con el fin de proteger el sistema de informacin ante sofisticados algoritmos. Con la invencin de los ordenadores se ha acelerado en gran medida la implementacin de criptografa segura, que ofrece resistencia eficiente encaminada a obtener mayores capacidades de computacin altamente reforzadas. Igualmente, sofisticados cripto-anlisis han impulsado las tecnologas de computacin. Hoy en da, el mundo de la informacin ha estado involucrado con el campo de la criptografa, enfocada a proteger cualquier campo a travs de diversas soluciones de cifrado. Estos enfoques se han fortalecido debido a la unificacin optimizada de teoras matemticas modernas y prcticas eficaces de hardware, siendo posible su implementacin en varias plataformas (microprocesador, ASIC, FPGA, etc.). Las necesidades y requisitos de seguridad en la industria son las principales mtricas de conduccin en el diseo electrnico, con el objetivo de promover la fabricacin de productos de gran alcance sin sacrificar la seguridad de los clientes. Sin embargo, una vulnerabilidad en la implementacin prctica 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 anlisis. Sin embargo, algunas crticas sobre los algoritmos criptogrficos tericamente seguros surgieron casi inmediatamente despus de este descubrimiento. En este sentido, los circuitos digitales consisten tpicamente en un gran nmero de celdas lgicas fundamentales (como MOS - Metal Oxide Semiconductor), construido sobre un sustrato de silicio durante la fabricacin. La lgica de los circuitos se realiza en funcin de las innumerables conmutaciones de estas clulas. Este mecanismo provoca inevitablemente cierta emanacin fsica especial que puede ser medida y correlacionada con el comportamiento interno del circuito. SCA se puede utilizar para revelar datos confidenciales (por ejemplo, la criptografa de claves), analizar la arquitectura lgica, 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 comparacin de correlacin entre la cantidad de fuga estimada y las fugas medidas de forma real, informacin confidencial puede ser reconstruida en mucho menos tiempo y computacin. Para ser precisos, SCA bsicamente cubre una amplia gama de tipos de ataques, como los anlisis de consumo de energa y radiacin ElectroMagntica (EM). Ambos se basan en anlisis estadstico y, por lo tanto, requieren numerosas muestras. Los algoritmos de cifrado no estn intrnsecamente preparados para ser resistentes ante SCA. Es por ello que se hace necesario durante la implementacin de circuitos integrar medidas que permitan camuflar las fugas a travs de "canales laterales". Las medidas contra SCA estn evolucionando junto con el desarrollo de nuevas tcnicas de ataque, as como la continua mejora de los dispositivos electrnicos. Las caractersticas fsicas requieren contramedidas sobre la capa fsica, que generalmente se pueden clasificar en soluciones intrnsecas y extrnsecas. Contramedidas extrnsecas se ejecutan para confundir la fuente de ataque mediante la integracin de ruido o mala alineacin de la actividad interna. Comparativamente, las contramedidas intrnsecas estn integradas en el propio algoritmo, para modificar la aplicacin con el fin de minimizar las fugas medibles, o incluso hacer que dichas fugas no puedan ser medibles. Ocultacin y Enmascaramiento son dos tcnicas tpicas incluidas en esta categora. Concretamente, el enmascaramiento se aplica a nivel algortmico, para alterar los datos intermedios sensibles con una mscara de manera reversible. A diferencia del enmascaramiento lineal, las operaciones no lineales que ampliamente existen en criptografas modernas son difciles de enmascarar. Dicho mtodo de ocultacin, que ha sido verificado como una solucin efectiva, comprende principalmente la codificacin 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, adems de la descripcin de las metodologas de ataque, se han dedicado grandes esfuerzos sobre la estructura del prototipo de la lgica propuesta, con el fin de realizar investigaciones enfocadas a la seguridad sobre contramedidas de arquitectura a nivel lgico. Una caracterstica de SCA reside en el formato de las fuentes de fugas. Un tpico ataque de canal lateral se refiere al anlisis basado en la potencia, donde la capacidad fundamental del transistor MOS y otras capacidades parsitas son las fuentes esenciales de fugas. Por lo tanto, una lgica robusta resistente a SCA debe eliminar o mitigar las fugas de estas micro-unidades, como las puertas lgicas bsicas, los puertos I/O y las rutas. Las herramientas EDA proporcionadas por los vendedores manipulan la lgica desde un nivel ms alto, en lugar de realizarlo desde el nivel de puerta, donde las fugas de canal lateral se manifiestan. Por lo tanto, las implementaciones clsicas apenas satisfacen estas necesidades e inevitablemente atrofian el prototipo. Por todo ello, la implementacin de un esquema de diseo personalizado y flexible ha de ser tomado en cuenta. En esta tesis se presenta el diseo y la implementacin de una lgica 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 dinmicamente el equilibrio de las fugas en las capas inferiores; II. Esta lgica explota las caractersticas de la arquitectura de las FPGAs, para reducir al mnimo el gasto de recursos en la implementacin; III. Se apoya en un conjunto de herramientas asistentes personalizadas, incorporadas al flujo genrico de diseo sobre FPGAs, con el fin de manipular los circuitos de forma automtica. El kit de herramientas de diseo automtico es compatible con la lgica de doble carril propuesta, para facilitar la aplicacin prctica sobre la familia de FPGA del fabricante Xilinx. En este sentido, la metodologa y las herramientas son flexibles para ser extendido a una amplia gama de aplicaciones en las que se desean obtener restricciones mucho ms rgidas y sofisticadas a nivel de puerta o rutado. En esta tesis se realiza un gran esfuerzo para facilitar el proceso de implementacin y reparacin de lgica de doble carril genrica. La viabilidad de las soluciones propuestas es validada mediante la seleccin de algoritmos criptogrficos ampliamente utilizados, y su evaluacin exhaustiva en comparacin con soluciones anteriores. Todas las propuestas estn respaldadas eficazmente a travs de ataques experimentales con el fin de validar las ventajas de seguridad del sistema. El presente trabajo de investigacin tiene la intencin de cerrar la brecha entre las barreras de implementacin y la aplicacin efectiva de lgica de doble carril. En esencia, a lo largo de esta tesis se describir un conjunto de herramientas de implementacin para FPGAs que se han desarrollado para trabajar junto con el flujo de diseo genrico de las mismas, con el fin de lograr crear de forma innovadora la lgica de doble carril. Un nuevo enfoque en el mbito de la seguridad en el cifrado se propone para obtener personalizacin, automatizacin y flexibilidad en el prototipo de circuito de bajo nivel con granularidad fina. Las principales contribuciones del presente trabajo de investigacin se resumen brevemente a continuacin: Lgica de Precharge Absorbed-DPL logic: El uso de la conversin de netlist para reservar LUTs libres para ejecutar la seal de precharge y Ex en una lgica DPL. Posicionamiento entrelazado Row-crossed con pares idnticos de rutado en redes de doble carril, lo que ayuda a aumentar la resistencia frente a la medicin EM selectiva y mitigar los impactos de las variaciones de proceso. Ejecucin personalizada y herramientas de conversin automtica para la generacin de redes idnticas para la lgica de doble carril propuesta. (a) Para detectar y reparar conflictos en las conexiones; (b) Detectar y reparar las rutas asimtricas. (c) Para ser utilizado en otras lgicas donde se requiere un control estricto de las interconexiones en aplicaciones basadas en Xilinx. Plataforma CPA de pruebas personalizadas para el anlisis de EM y potencia, incluyendo la construccin de dicha plataforma, el mtodo de medicin y anlisis de los ataques. Anlisis de tiempos para cuantificar los niveles de seguridad. Divisin de Seguridad en la conversin parcial de un sistema de cifrado complejo para reducir los costes de la proteccin. Prueba de concepto de un sistema de calefaccin auto-adaptativo para mitigar los impactos elctricos debido a la variacin del proceso de silicio de manera dinmica. La presente tesis doctoral se encuentra organizada tal y como se detalla a continuacin: En el captulo 1 se abordan los fundamentos de los ataques de canal lateral, que abarca desde conceptos bsicos de teora de modelos de anlisis, adems de la implementacin de la plataforma y la ejecucin de los ataques. En el captulo 2 se incluyen las estrategias de resistencia SCA contra los ataques de potencia diferencial y de EM. Adems de ello, en este captulo se propone una lgica en doble carril compacta y segura como contribucin de gran relevancia, as como tambin se presentar la transformacin lgica basada en un diseo a nivel de puerta. Por otra parte, en el Captulo 3 se abordan los desafos relacionados con la implementacin de lgica en doble carril genrica. As mismo, se describir un flujo de diseo personalizado para resolver los problemas de aplicacin junto con una herramienta de desarrollo automtico de aplicaciones propuesta, para mitigar las barreras de diseo y facilitar los procesos. En el captulo 4 se describe de forma detallada la elaboracin e implementacin de las herramientas propuestas. Por otra parte, la verificacin y validaciones de seguridad de la lgica propuesta, as como un sofisticado experimento de verificacin de la seguridad del rutado, se describen en el captulo 5. Por ltimo, un resumen de las conclusiones de la tesis y las perspectivas como lneas futuras se incluyen en el captulo 6. Con el fin de profundizar en el contenido de la tesis doctoral, cada captulo se describe de forma ms detallada a continuacin: En el captulo 1 se introduce plataforma de implementacin hardware adems las teoras bsicas de ataque de canal lateral, y contiene principalmente: (a) La arquitectura genrica y las caractersticas de la FPGA a utilizar, en particular la Xilinx Virtex-5; (b) El algoritmo de cifrado seleccionado (un mdulo comercial Advanced Encryption Standard (AES)); (c) Los elementos esenciales de los mtodos de canal lateral, que permiten revelar las fugas de disipacin correlacionadas con los comportamientos internos; y el mtodo para recuperar esta relacin entre las fluctuaciones fsicas 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 captulo 2, en el cual se abordan varios aspectos claves. En primer lugar, el principio de proteccin de la compensacin dinmica de la lgica genrica de precarga de doble carril (Dual-rail Precharge Logic-DPL) se explica mediante la descripcin de los elementos compensados a nivel de puerta. En segundo lugar, la lgica PA-DPL es propuesta como aportacin original, detallando el protocolo de la lgica y un caso de aplicacin. En tercer lugar, dos flujos de diseo personalizados se muestran para realizar la conversin de doble carril. Junto con ello, se aclaran las definiciones tcnicas relacionadas con la manipulacin por encima de la netlist a nivel de LUT. Finalmente, una breve discusin sobre el proceso global se aborda en la parte final del captulo. El Captulo 3 estudia los principales retos durante la implementacin 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 implantacin a travs de herramientas EDA convencionales. En el escenario de la arquitectura FPGA estudiada, se discuten los problemas de los formatos de doble carril, impactos parsitos, sesgo tecnolgico y la viabilidad de implementacin. De acuerdo con estas elaboraciones, se plantean dos problemas: Cmo implementar la lgica propuesta sin penalizar los niveles de seguridad, y cmo manipular un gran nmero de celdas y automatizar el proceso. El PA-DPL propuesto en el captulo 2 se valida con una serie de iniciativas, desde caractersticas estructurales como doble carril entrelazado o redes de rutado clonadas, hasta los mtodos de aplicacin tales como las herramientas de personalizacin y automatizacin de EDA. Por otra parte, un sistema de calefaccin auto-adaptativo es representado y aplicado a una lgica de doble ncleo, con el fin de ajustar alternativamente la temperatura local para equilibrar los impactos negativos de la variacin del proceso durante la operacin en tiempo real. El captulo 4 se centra en los detalles de la implementacin del kit de herramientas. Desarrollado sobre una API third-party, el kit de herramientas personalizado es capaz de manipular los elementos de la lgica de circuito post P&R ncd (una versin binaria ilegible del xdl) convertido al formato XDL Xilinx. El mecanismo y razn de ser del conjunto de instrumentos propuestos son cuidadosamente descritos, que cubre la deteccin de enrutamiento y los enfoques para la reparacin. El conjunto de herramientas desarrollado tiene como objetivo lograr redes de enrutamiento estrictamente idnticos para la lgica de doble carril, tanto para posicionamiento separado como para el entrelazado. Este captulo particularmente especifica las bases tcnicas para apoyar las implementaciones en los dispositivos de Xilinx y su flexibilidad para ser utilizado sobre otras aplicaciones. El captulo 5 se enfoca en la aplicacin de los casos de estudio para la validacin de los grados de seguridad de la lgica propuesta. Se discuten los problemas tcnicos detallados durante la ejecucin y algunas nuevas tcnicas de implementacin. (a) Se discute el impacto en el proceso de posicionamiento de la lgica utilizando el kit de herramientas propuesto. Diferentes esquemas de implementacin, tomando en cuenta la optimizacin global en seguridad y coste, se verifican con los experimentos con el fin de encontrar los planes de posicionamiento y reparacin optimizados; (b) las validaciones de seguridad se realizan con los mtodos de correlacin y anlisis de tiempo; (c) Una tctica asinttica se aplica a un ncleo AES sobre BCDL estructurado para validar de forma sofisticada el impacto de enrutamiento sobre mtricas de seguridad; (d) Los resultados preliminares utilizando el sistema de calefaccin auto-adaptativa sobre la variacin del proceso son mostrados; (e) Se introduce una aplicacin prctica de las herramientas para un diseo de cifrado completa. Captulo 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 utilizacin de las contribuciones de esta tesis a un alcance ms all de los dominios de la criptografa 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.
Resumo:
El sector de la edificacin es uno de los principales sectores econmicos en Espaa y, adems, es un componente bsico de la actividad econmica 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 regulacin y organizacin y que, adems, est formado mayoritariamente por empresas de pequea y mediana dimensin (pymes) que, por su menor capacidad, a menudo, se quedan detrs de las grandes empresas en trminos de adopcin de soluciones innovadoras. La complejidad en la gestin de toda la informacin relacionada con un proyecto de edificacin ha puesto de manifiesto claras ineficiencias que se traducen en un gasto innecesario bastante representativo. La informacin y los conocimientos aprendidos rara vez son transmitidos de una fase a otra dentro del proyecto de edificacin y, mucho menos, reutilizados en otros proyectos similares. De este modo, no slo se produce un gasto innecesario, sino que incluso podemos encontrar informacin contradictoria y obsoleta y, por tanto, intil para la toma de decisiones. A lo largo de los aos, esta situacin ha sido motivada por la propia configuracin del sector, poniendo de manifiesto la necesidad de una solucin que pudiera solventar este reto de gestin interorganizacional. As, la cooperacin interorganizacional se ha convertido en un factor clave para mejorar la competitividad de las organizaciones, tpicamente pymes, que componen el sector de la edificacin. La informacin es la piedra angular de cualquier proceso de negocio. Durante la ltima dcada, una amplia gama de industrias han experimentado importantes mejoras de productividad con la aplicacin eficiente de las TIC, asociadas, principalmente, a incrementos en la velocidad de proceso de informacin y una mayor coherencia en la generacin de datos, accesibilidad e intercambio de informacin. La aplicacin eficaz de las TIC en el sector de la edificacin requiere una combinacin de aspectos estratgicos y tcticos, puesto que no slo se trata de utilizar soluciones puntuales importadas de otros sectores para su aplicacin en diferentes reas, sino que se buscara que la informacin multi-agente estuviera integrada y sea coherente para los proyectos de edificacin. El sector de la construccin ha experimentado un descenso significativo en los ltimos aos en Espaa y en Europa como resultado de la crisis financiera que comenz en 2007. Esta disminucin est acompaada de una baja penetracin de las TIC en la interorganizacionales orientadas a los procesos de negocio. El descenso del mercado ha provocado una desaceleracin en el sector de la construccin, donde slo las pymes flexibles han sido capaces de mantener el ritmo a pesar de la especializacin y la innovacin en los servicios adaptados a las nuevas demandas del mercado. La industria de la edificacin est muy fragmentada en comparacin con otras industrias manufactureras. El alto grado de esta fragmentacin est ntimamente relacionado con un impacto significativo en la productividad y el rendimiento. Muchos estudios de investigacin han desarrollado y propuesto una serie de modelos de procesos integrados. Por desgracia, en la actualidad todava no se est en condiciones para la formalizacin de cmo debe ser la comunicacin y el intercambio de informacin durante el proceso de construccin. El paso del proceso secuencial tradicional a los procesos de interdependencia recproca sin lugar a duda son una gran demanda asociada a la comunicacin y el flujo de informacin en un proyecto de edificacin. Recientemente se est poniendo mucho nfasis en los servicios para el hogar como un primer paso hacia esta mejora en innovacin ya que la industria de los servicios digitales interactivos tiene un alto potencial para generar innovacin y la ventaja estratgica para las empresas existentes. La multiplicidad de servicios para el hogar digital (HD) y los proveedores de servicios demandan, cada vez ms, la aparicin 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 coordinacin y, como respuesta a esta demanda, se plantea, tambin en este mbito, el concepto de cooperacin interorganizacional. Por lo tanto, ambos procesos de negocio -el asociado a la construccin y el asociado a la provisin de servicios del hogar digital, tambin considerado como la propia gestin de ese hogar digital o edificio, inteligente o no- deben de ser vistos en su conjunto mediante una plataforma tecnolgica que les d soporte y que pueda garantizar la agregacin e integracin de los diversos procesos, relacionados con la construccin y gestin, que se suceden durante el ciclo de vida de un edificio. Sobre esta idea y atendiendo a la evolucin permanente de los sistemas de informacin en un entorno de interrelacin y cooperacin dara lugar a una aplicacin del concepto de sistema de informacin interorganizacional (SIIO). El SIIO proporciona a las organizaciones la capacidad para mejorar los vnculos 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 adopcin de un SIIO en diferentes mbitos ha demostrado ser complicada y con una alta dependencia de las caractersticas particulares de cada sector, siendo, en este momento, una lnea de investigacin abierta. Para contribuir a esta lnea de investigacin, este trabajo pretende recoger, partiendo de una revisin de la literatura relacionada, un enfoque en un modelo de adopcin de un SIIO para el objeto concreto de esta investigacin. El diseo de un SIIO est basado principalmente, en la identificacin de las necesidades de informacin 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 asociacin entre diferentes agentes del sector de la edificacin, el marco de las relaciones, los flujos de informacin correspondientes a diferentes procesos y la metodologa 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 construccin como con la gestin 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 innovacin y una herramienta estratgica que permite a las pymes obtener ventajas competitivas. Debido a la complejidad inherente de la adopcin de un SIIO, esta investigacin extiende el modelo terico de adopcin de un SIIO de Kurnia y Johnston (2000) con un modelo emprico para la caracterizacin de un SIIO. El modelo resultante tiene como objetivo fomentar la innovacin de servicios en el sector mediante la identificacin de los factores que influyen en la adopcin de un SIIO por las pymes en el sector de la edificacin como fuente de ventaja competitiva y de colaboracin. Por tanto, esta tesis doctoral, proyectada sobre una investigacin emprica, proporciona un enfoque para caracterizar un modelo de SIIO que permita dar soporte a la gestin integrada de los procesos de construccin y gestin 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 informacin rpido y fiable que demandan los agentes del sector para mejorar la gestin de su interrelacin y cooperacin con el fin de abordar proyectos ms complejos en el sector de la edificacin, relacionados con la implantacin del hogar digital, y contribuyendo, as a favorecer el desarrollo de la sociedad de la informacin 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 Johnstons (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.
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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.
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In the smart building control industry, creating a platform to integrate different communication protocols and ease the interaction between users and devices is becoming increasingly important. BATMP is a platform designed to achieve this goal. In this paper, the authors describe a novel mechanism for information exchange, which introduces a new concept, Parameter, and uses it as the common object among all the BATMP components: Gateway Manager, Technology Manager, Application Manager, Model Manager and Data Warehouse. Parameter is an object which represents a physical magnitude and contains the information about its presentation, available actions, access type, etc. Each component of BATMP has a copy of the parameters. In the Technology Manager, three drivers for different communication protocols, KNX, CoAP and Modbus, are implemented to convert devices into parameters. In the Gateway Manager, users can control the parameters directly or by defining a scenario. In the Application Manager, the applications can subscribe to parameters and decide the values of parameters by negotiating. Finally, a Negotiator is implemented in the Model Manager to notify other components about the changes taking place in any component. By applying this mechanism, BATMP ensures the simultaneous and concurrent communication among users, applications and devices.
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Apart from providing semantics and reasoning power to data, ontologies enable and facilitate interoperability across heterogeneous systems or environments. A good practice when developing ontologies is to reuse as much knowledge as possible in order to increase interoperability by reducing heterogeneity across models and to reduce development effort. Ontology registries, indexes and catalogues facilitate the task of finding, exploring and reusing ontologies by collecting them from different sources. This paper presents an ontology catalogue for the smart cities and related domains. This catalogue is based on curated metadata and incorporates ontology evaluation features. Such catalogue represents the first approach within this community and it would be highly useful for new ontology developments or for describing and annotating existing ontologies.
Capacity Building through education, research and collaboration: AFRICA BUILD, an eHealth Case Study
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AFRICA BUILD (AB) is a Coordination Action project under the 7th European Framework Programme having the aim of improving the capacities for health research and education in Africa through Information and Communication Technologies (ICT). This project, started in 2012, has promoted health research, education and evidence-based practice in Africa through the creation of centers of excellence, by using ICT,?know-how?, eLearning and knowledge sharing, through Web-enabled virtual communities.
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Due to the significant increase of population and their natural desire of improving their standard of living, usage of energy extracted from world commodities, especially shaped as electricity, has increased in an intense manner during the last decades. This fact brings up a challenge with a complicated solution, which is how to guarantee that there will be enough energy so as to satisfy the energy demand of the world population. Among all the possible solutions that can be adopted to mitigate this problem one of them is almost of mandatory adoption, which consists of rationalizing energy utilization, in a way that its wasteful usage is minimized and it can be leveraged during a longer period of time. One of the ways to achieve it is by means of the improvement of the power distribution grid, so that it will be able to react in a more efficient manner against common issues, such as energy demand peaks or inaccurate electricity consumption forecasts. However, in order to be able to implement this improvement it is necessary to use technologies from the ICT (Information and Communication Technologies) sphere that often present challenges in some key areas: advanced metering infrastructure integration, interoperability and interconnectivity of the devices, interfaces to offer the applications, security measures design, etc. All these challenges may imply slowing down the adoption of the smart grid as a system to prolong the lifespan and utilization of the available energy. A proposal for an intermediation architecture that will make possible solving these challenges is put forward in this Master Thesis. Besides, one implementation and the tests that have been carried out to know the performance of the presented concepts have been included as well, in a way that it can be proved that the challenges set out by the smart grid can be resolved. RESUMEN. Debido al incremento significativo de la poblacin y su deseo natural de mejorar su nivel de vida, la utilizacin de la energa extrada de las materias primas mundiales, especialmente en forma de electricidad, ha aumentado de manera intensa durante las ltimas dcadas. Este hecho plantea un reto de solucin complicada, el cual es cmo garantizar que se dispondr de la energa suficiente como para satisfacer la demanda energtica de la poblacin mundial. De entre todas las soluciones posibles que se pueden adoptar para mitigar este problema una de ellas es de casi obligatoria adopcin, la cual consiste en racionalizar la utilizacin de la energa, de tal forma que se minimice su malgasto y pueda aprovecharse durante ms tiempo. Una de las maneras de conseguirlo es mediante la mejora de la red de distribucin de electricidad para que sta pueda reaccionar de manera ms eficaz contra problemas comunes, tales como los picos de demanda de energa o previsiones imprecisas acerca del consumo de electricidad. Sin embargo, para poder implementar esta mejora es necesario utilizar tecnologas del mbito de las TIC (Tecnologas de la Informacin y la Comunicacin) que a menudo presentan problemas en algunas reas clave: integracin de infraestructura de medicin avanzada, interoperabilidad e interconectividad de los dispositivos, interfaces que ofrecer a las aplicaciones, diseo de medidas de seguridad, etc. Todos estos retos pueden implicar una ralentizacin en la adopcin de la red elctrica inteligente como un sistema para alargar la vida y la utilizacin de la energa disponible. En este Trabajo Fin de Mster se sugiere una propuesta para una arquitectura de intermediacin que posibilite la resolucin de estos retos. Adems, una implementacin y las pruebas que se han llevado a cabo para conocer el rendimiento de los conceptos presentados tambin han sido incluidas, de tal forma que se demuestre que los retos que plantea la red elctrica inteligente pueden ser solventados.
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El programa Europeo HORIZON2020 en Futuras Ciudades Inteligentes establece como objetivo que el 20% de la energa elctrica sea generada a partir de fuentes renovables. Este objetivo implica la necesidad de potenciar la generacin de energa elica en todos los mbitos. La energa elica reduce drsticamente las emisiones de gases de efecto invernadero y evita los riesgos geo-polticos asociados al suministro e infraestructuras energticas, as como la dependencia energtica de otras regiones. Adems, la generacin de energa distribuida (generacin en el punto de consumo) presenta significativas ventajas en trminos de elevada eficiencia energtica y estimulacin de la economa. El sector de la edificacin representa el 40% del consumo energtico total de la Unin Europea. La reduccin del consumo energtico en este rea es, por tanto, una prioridad de acuerdo con los objetivos "20-20-20" en eficiencia energtica. La Directiva 2010/31/EU del Parlamento Europeo y del Consejo de 19 de mayo de 2010 sobre el comportamiento energtico de edificaciones contempla la instalacin de sistemas de suministro energtico a partir de fuentes renovables en las edificaciones de nuevo diseo. Actualmente existe una escasez de conocimiento cientfico y tecnolgico acerca de la geometra ptima de las edificaciones para la explotacin de la energa elica en entornos urbanos. El campo tecnolgico de estudio de la presente Tesis Doctoral es la generacin de energa elica en entornos urbanos. Especficamente, la optimization de la geometra de las cubiertas de edificaciones desde el punto de vista de la explotacin del recurso energtico elico. Debido a que el flujo del viento alrededor de las edificaciones es exhaustivamente investigado en esta Tesis empleando herramientas de simulacin numrica, la mecnica de fluidos computacional (CFD en ingls) y la aerodinmica de edificaciones son los campos cientficos de estudio. El objetivo central de esta Tesis Doctoral es obtener una geometra de altas prestaciones (u ptima) para la explotacin de la energa elica en cubiertas de edificaciones de gran altura. Este objetivo es alcanzado mediante un anlisis exhaustivo de la influencia de la forma de la cubierta del edificio en el flujo del viento desde el punto de vista de la explotacin energtica del recurso elico empleando herramientas de simulacin numrica (CFD). Adicionalmente, la geometra de la edificacin convencional (edificio prismtico) es estudiada, y el posicionamiento adecuado para los diferentes tipos de aerogeneradores es propuesto. La compatibilidad entre el aprovechamiento de las energas solar fotovoltaica y elica tambin es analizado en este tipo de edificaciones. La investigacin prosigue con la optimizacin de la geometra de la cubierta. La metodologa con la que se obtiene la geometra ptima consta de las siguientes etapas: - Verificacin de los resultados de las geometras previamente estudiadas en la literatura. Las geometras bsicas que se someten a examen son: cubierta plana, a dos aguas, inclinada, abovedada y esfrica. - Anlisis de la influencia de la forma de las aristas de la cubierta sobre el flujo del viento. Esta tarea se lleva a cabo mediante la comparacin de los resultados obtenidos para la arista convencional (esquina sencilla) con un parapeto, un voladizo y una esquina curva. - Anlisis del acoplamiento entre la cubierta y los cerramientos verticales (paredes) mediante la comparacin entre diferentes variaciones de una cubierta esfrica en una edificacin de gran altura: cubierta esfrica estudiada en la literatura, cubierta esfrica integrada geomtricamente con las paredes (planta cuadrada en el suelo) y una cubierta esfrica acoplada a una pared cilindrica. El comportamiento del flujo sobre la cubierta es estudiado tambin considerando la posibilidad de la variacin en la direccin del viento incidente. - Anlisis del efecto de las proporciones geomtricas del edificio sobre el flujo en la cubierta. - Anlisis del efecto de la presencia de edificaciones circundantes sobre el flujo del viento en la cubierta del edificio objetivo. Las contribuciones de la presente Tesis Doctoral pueden resumirse en: - Se demuestra que los modelos de turbulencia RANS obtienen mejores resultados para la simulacin del viento alrededor de edificaciones empleando los coeficientes propuestos por Crespo y los propuestos por Bechmann y Srensen que empleando los coeficientes estndar. - Se demuestra que la estimacin de la energa cintica turbulenta del flujo empleando modelos de turbulencia RANS puede ser validada manteniendo el enfoque en la cubierta de la edificacin. - Se presenta una nueva modificacin del modelo de turbulencia Durbin k e que reproduce mejor la distancia de recirculacin del flujo de acuerdo con los resultados experimentales. - Se demuestra una relacin lineal entre la distancia de recirculacin en una cubierta plana y el factor constante involucrado en el clculo de la escala de tiempo de la velocidad turbulenta. Este resultado puede ser empleado por la comunidad cientfica para la mejora del modelado de la turbulencia en diversas herramientas computacionales (OpenFOAM, Fluent, CFX, etc.). - La compatibilidad entre las energas solar fotovoltaica y elica en cubiertas de edificaciones es analizada. Se demuestra que la presencia de los mdulos solares provoca un descenso en la intensidad de turbulencia. - Se demuestran conflictos en el cambio de escala entre simulaciones de edificaciones a escala real y simulaciones de modelos a escala reducida (tnel de viento). Se demuestra que para respetar las limitaciones de similitud (nmero de Reynolds) son necesarias mediciones en edificaciones a escala real o experimentos en tneles de viento empleando agua como fluido, especialmente cuando se trata con geometras complejas, como es el caso de los mdulos solares. - Se determina el posicionamiento ms adecuado para los diferentes tipos de aerogeneradores tomando en consideracin la velocidad e intensidad de turbulencia del flujo. El posicionamiento de aerogeneradores es investigado en las geometras de cubierta ms habituales (plana, a dos aguas, inclinada, abovedada y esfrica). - Las formas de aristas ms habituales (esquina, parapeto, voladizo y curva) son analizadas, as como su efecto sobre el flujo del viento en la cubierta de un edificio de gran altura desde el punto de vista del aprovechamiento elico. - Se propone una geometra ptima (o de altas prestaciones) para el aprovechamiento de la energa elica urbana. Esta optimizacin incluye: verificacin de las geometras estudiadas en el estado del arte, anlisis de la influencia de las aristas de la cubierta en el flujo del viento, estudio del acoplamiento entre la cubierta y las paredes, anlisis de sensibilidad del grosor de la cubierta, exploracin de la influencia de las proporciones geomtricas de la cubierta y el edificio, e investigacin del efecto de las edificaciones circundantes (considerando diferentes alturas de los alrededores) sobre el flujo del viento en la cubierta del edificio objetivo. Las investigaciones comprenden el anlisis de la velocidad, la energa cintica turbulenta y la intensidad de turbulencia en todos los casos. ABSTRACT The HORIZON2020 European program in Future Smart Cities aims to have 20% of electricity produced by renewable sources. This goal implies the necessity to enhance the wind energy generation, both with large and small wind turbines. Wind energy drastically reduces carbon emissions and avoids geo-political risks associated with supply and infrastructure constraints, as well as energy dependence from other regions. Additionally, distributed energy generation (generation at the consumption site) offers significant benefits in terms of high energy efficiency and stimulation of the economy. The buildings sector represents 40% of the European Union total energy consumption. Reducing energy consumption in this area is therefore a priority under the "20-20-20" objectives on energy efficiency. The Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings aims to consider the installation of renewable energy supply systems in new designed buildings. Nowadays, there is a lack of knowledge about the optimum building shape for urban wind energy exploitation. The technological field of study of the present Thesis is the wind energy generation in urban environments. Specifically, the improvement of the building-roof shape with a focus on the wind energy resource exploitation. Since the wind flow around buildings is exhaustively investigated in this Thesis using numerical simulation tools, both computational fluid dynamics (CFD) and building aerodynamics are the scientific fields of study. The main objective of this Thesis is to obtain an improved (or optimum) shape of a high-rise building for the wind energy exploitation on the roof. To achieve this objective, an analysis of the influence of the building shape on the behaviour of the wind flow on the roof from the point of view of the wind energy exploitation is carried out using numerical simulation tools (CFD). Additionally, the conventional building shape (prismatic) is analysed, and the adequate positions for different kinds of wind turbines are proposed. The compatibility of both photovoltaic-solar and wind energies is also analysed for this kind of buildings. The investigation continues with the buildingroof optimization. The methodology for obtaining the optimum high-rise building roof shape involves the following stages: - Verification of the results of previous building-roof shapes studied in the literature. The basic shapes that are compared are: flat, pitched, shed, vaulted and spheric. - Analysis of the influence of the roof-edge shape on the wind flow. This task is carried out by comparing the results obtained for the conventional edge shape (simple corner) with a railing, a cantilever and a curved edge. - Analysis of the roof-wall coupling by testing different variations of a spherical roof on a high-rise building: spherical roof studied in the litera ture, spherical roof geometrically integrated with the walls (squared-plant) and spherical roof with a cylindrical wall. The flow behaviour on the roof according to the variation of the incident wind direction is commented. - Analysis of the effect of the building aspect ratio on the flow. - Analysis of the surrounding buildings effect on the wind flow on the target building roof. The contributions of the present Thesis can be summarized as follows: - It is demonstrated that RANS turbulence models obtain better results for the wind flow around buildings using the coefficients proposed by Crespo and those proposed by Bechmann and S0rensen than by using the standard ones. - It is demonstrated that RANS turbulence models can be validated for turbulent kinetic energy focusing on building roofs. - A new modification of the Durbin k e turbulence model is proposed in order to obtain a better agreement of the recirculation distance between CFD simulations and experimental results. - A linear relationship between the recirculation distance on a flat roof and the constant factor involved in the calculation of the turbulence velocity time scale is demonstrated. This discovery can be used by the research community in order to improve the turbulence modeling in different solvers (OpenFOAM, Fluent, CFX, etc.). - The compatibility of both photovoltaic-solar and wind energies on building roofs is demonstrated. A decrease of turbulence intensity due to the presence of the solar panels is demonstrated. - Scaling issues are demonstrated between full-scale buildings and windtunnel reduced-scale models. The necessity of respecting the similitude constraints is demonstrated. Either full-scale measurements or wind-tunnel experiments using water as a medium are needed in order to accurately reproduce the wind flow around buildings, specially when dealing with complex shapes (as solar panels, etc.). - The most adequate position (most adequate roof region) for the different kinds of wind turbines is highlighted attending to both velocity and turbulence intensity. The wind turbine positioning was investigated for the most habitual kind of building-roof shapes (flat, pitched, shed, vaulted and spherical). - The most habitual roof-edge shapes (simple edge, railing, cantilever and curved) were investigated, and their effect on the wind flow on a highrise building roof were analysed from the point of view of the wind energy exploitation. - An optimum building-roof shape is proposed for the urban wind energy exploitation. Such optimization includes: state-of-the-art roof shapes test, analysis of the influence of the roof-edge shape on the wind flow, study of the roof-wall coupling, sensitivity analysis of the roof width, exploration of the aspect ratio of the building-roof shape and investigation of the effect of the neighbouring buildings (considering different surrounding heights) on the wind now on the target building roof. The investigations comprise analysis of velocity, turbulent kinetic energy and turbulence intensity for all the cases.
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The building sector has experienced a significant decline in recent years in Spain and Europe as a result of the financial crisis that began in 2007. This drop accompanies a low penetration of information and communication technologies in inter-organizational oriented business processes. The market decrease is causing a slowdown in the building sector, where only flexible small and medium enterprises (SMEs) survive thanks to specialization and innovation in services, which allow them to face new market demands. Inter-organizational information systems (IOISs) support innovation in services, and are thus 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 identifies the factors influencing IOIS adoption in SMEs in the building sector, to promote further service innovation for competitive and collaborative advantages. An empirical longitudinal study over six consecutive years using data from Spanish SMEs in the building sector validates the model, using the partial least squares technique and analyzing temporal stability. The main findings of this research are the four ways an IOIS might contribute to service innovation in the building sector. Namely: a) improving client interfaces and the link between service providers and end users; b) defining a specific market where SMEs can develop new service concepts; c) enhancing the service delivery system in traditional customer?supplier relationships; and d) introducing information and communication technologies and tools to improve information management.
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Until a few years ago, most of the network communications were based in the wire as the physical media, but due to the advances and the maturity of the wireless communications, this is changing. Nowadays wireless communications offers fast, secure, efficient and reliable connections. Mobile communications are in expansion, clearly driven by the use of smart phones and other mobile devices, the use of laptops, etc Besides that point, the inversion in the installation and maintenance of the physical medium is much lower than in wired communications, not only because the air has no cost, but because the installation and maintenance of the wire require a high economic cost. Besides the economic cost we find that wire is a more vulnerable medium to external threats such as noise, sabotages, etc There are two different types of wireless networks: those which the structure is part of the network itself and those which have a lack of structure or any centralization, in a way that the devices that form part of the network can connect themselves in a dynamic and random way, handling also the routing of every control and information messages, this kind of networks is known as Ad-hoc. In the present work we will proceed to study one of the multiple wireless protocols that allows mobile communications, it is Optimized Link State Routing, from now on, OLSR, it is an pro-active routing, standard mechanism that works in a distributed in order to stablish the connections among the different nodes that belong to a wireless network. Thanks to this protocol it is possible to get all the routing tables in all the devices correctly updated every moment through the periodical transmission of control messages and on this way allow a complete connectivity among the devices that are part of the network and also, allow access to other external networks such as virtual private networks o Internet. This protocol could be perfectly used in environments such as airports, malls, etc The update of the routing tables in all the devices is got thanks to the periodical transmission of control messages and finally it will offer connectivity among all the devices and the corresponding external networks. For the study of OLSR protocol we will have the help of the network simulator Network Simulator 2, a freeware network simulator programmed in C++ based in discrete events. This simulator is used mainly in educational and research environments and allows a very extensive range of protocols, both, wired networks protocols and wireless network protocols, what is going to be really useful to proceed to the simulation of different configurations of networks and protocols. In the present work we will also study different simulations with Network Simulator 2, in different scenarios with different configurations, wired networks, and Ad-hoc networks, where we will study OLSR Protocol. RESUMEN. Hasta hace pocos aos, la mayora de las comunicaciones de red estaban basadas en el cable como medio fsico pero debido al avance y madurez alcanzados en el campo de las comunicaciones inalmbricas esto est cambiando. Hoy da las comunicaciones inalmbricas nos ofrecen conexiones veloces, seguras, eficientes y fiables. Las comunicaciones mviles se encuentran en su momento de mxima expansin, claramente impulsadas por el uso de telfonos y dems dispositivos mviles, el uso de porttiles, etc Adems la inversin a realizar en la instalacin y el mantenimiento del medio fsico en las comunicaciones mviles es muchsimo menor que en comunicaciones por cable, ya no slo porque el aire no tenga coste alguno, sino porque la instalacin y mantenimiento del cable precisan de un elevado coste econmico por norma. Adems del coste econmico nos encontramos con que es un medio ms vulnerable a amenazas externas tales como el ruido, escuchas no autorizadas, sabotajes, etc Existen dos tipos de redes inalmbricas: las constituidas por una infraestructura que forma parte ms o menos de la misma y las que carecen de estructura o centralizacin alguna, de modo que los dispositivos que forman parte de ella pueden conectarse de manera dinmica y arbitraria entre ellos, encargndose adems del encaminamiento de todos los mensajes de control e informacin, a este tipo de redes se las conoce como redes Ad-hoc. En el presente Proyecto de Fin de Carrera se proceder al estudio de uno de los mltiples protocolos inalmbricos que permiten comunicaciones mviles, se trata del protocolo inalmbrico Optimized Link State Routing, de ahora en adelante OLSR, un mecanismo estndar de enrutamiento pro-activo, que trabaja de manera distribuida para establecer las conexiones entre los nodos que formen parte de las redes inalmbricas Ad-hoc, las cuales carecen de un nodo central y de una infraestructura pre-existente. Gracias a este protocolo es posible conseguir que todos los equipos mantengan en todo momento las tablas de ruta actualizadas correctamente mediante la transmisin peridica de mensajes de control y as permitir una completa conectividad entre todos los equipos que formen parte de la red y, a su vez, tambin permitir el acceso a otras redes externas tales como redes privadas virtuales o Internet. Este protocolo sera usado en entornos tales como aeropuertos La actualizacin de las tablas de enrutamiento de todos los equipos se conseguir mediante la transmisin peridica de mensajes de control y as finalmente se podr permitir conectividad entre todos los equipos y con las correspondientes redes externas. Para el estudio del protocolo OLSR contaremos con el simulador de redes Network Simulator 2, un simulador de redes freeware programado en C++ basado en eventos discretos. Este simulador es usado principalmente en ambientes educativos y de investigacin y permite la simulacin tanto de protocolos unicast como multicast. El campo donde ms se utiliza es precisamente en el de la investigacin de redes mviles Ad-hoc. El simulador Network Simulator 2 no slo implementa el protocolo OLSR, sino que ste implementa una amplia gama de protocolos, tanto de redes cableadas como de redes inalmbricas, lo cual va a sernos de gran utilidad para proceder a la simulacin de distintas configuraciones de redes y protocolos. En el presente Proyecto de Fin de Carrera se estudiarn tambin diversas simulaciones con el simulador NS2 en diferentes escenarios con diversas configuraciones; redes cableadas, redes inalmbricas Ad-hoc, donde se estudiar el protocolo antes mencionado: OLSR. Este Proyecto de Fin de Carrera consta de cuatro apartados distintos: Primeramente se realizar el estudio completo del protocolo OLSR, se vern los beneficios y contrapartidas que ofrece este protocolo inalmbrico. Tambin se vern los distintos tipos de mensajes existentes en este protocolo y unos pequeos ejemplos del funcionamiento del protocolo OLSR. Seguidamente se har una pequea introduccin al simulador de redes Network Simulator 2, veremos la historia de este simulador, y tambin se har referencia a la herramienta extra NAM, la cual nos permitir visualizar el intercambio de paquetes que se produce entre los diferentes dispositivos de nuestras simulaciones de forma intuitiva y amigable. Se har mencin a la plataforma MASIMUM, encargada de facilitar en un entorno acadmico software y documentacin a sus alumnos con el fin de facilitarles la investigacin y la simulacin de redes y sensores Ad-hoc. Finalmente se vern dos ejemplos, uno en el que se realizar una simulacin entre dos PCs en un entorno Ethernet y otro ejemplo en el que se realizar una simulacin inalmbrica entre cinco dispositivos mviles mediante el protocolo a estudiar, OLSR.
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Multi-party voice-over-IP (MVoIP) services provide economical and convenient group communication mechanisms for many emerging applications such as distance collaboration systems, on-line meetings and Internet gaming. In this paper, we present a light peer-to-peer (P2P) protocol to provide MVoIP services on small platforms like mobile phones and PDAs. Unlike other proposals, our solution is fully distributed and self-organizing without requiring specialized servers or IP multicast support.
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Information Technology and Communications (ICT) is presented as the main element in order to achieve more efficient and sustainable city resource management, while making sure that the needs of the citizens to improve their quality of life are satisfied. A key element will be the creation of new systems that allow the acquisition of context information, automatically and transparently, in order to provide it to decision support systems. In this paper, we present a novel distributed system for obtaining, representing and providing the flow and movement of people in densely populated geographical areas. In order to accomplish these tasks, we propose the design of a smart sensor network based on RFID communication technologies, reliability patterns and integration techniques. Contrary to other proposals, this system represents a comprehensive solution that permits the acquisition of user information in a transparent and reliable way in a non-controlled and heterogeneous environment. This knowledge will be useful in moving towards the design of smart cities in which decision support on transport strategies, business evaluation or initiatives in the tourism sector will be supported by real relevant information. As a final result, a case study will be presented which will allow the validation of the proposal.
