TIR RXI collimator

A metal-less RXI collimator has been designed using the Simultaneous multiple surface method (SMS). Unlike conventional RXI collimators, whose back surface and parts of the front surface have to be metalized, this collimator is completely metal-free, made only of plastic (PMMA). The collimator’s back surface is designed as a grooved surface providing two TIR reflections for all rays impinging on it. One advantage of the design is the lower manufacturing cost, since there is no need for the expensive process of metalization. More importantly, unlike conventional RXI collimators, this design performs good colour mixing, as well as being very insensitive to the source non-uniformities. The experimental measurements of the first prototype show good agreement with the simulated design.

Quasi-aplanatic free-form V-groove collimators for LED colour mixing

Two quasi-aplanatic free-form solid V-groove collimators are presented in this work. Both optical designs are originally designed using the Simultaneous Multiple Surface method in three dimensions (SMS 3D). The second optically active surface in both free-form V-groove devices is designed a posteriori as a grooved surface. First two mirror (XX) design is designed in order to clearly show the design procedure and working principle of these devices. Second, RXI free-form design is comparable with existing RXI collimators; it is a compact and highly efficient design made of polycarbonate (PC) performing very good colour mixing of the RGGB LED sources placed off-axis. There have been presented rotationally symmetric non-aplanatic high efficiency collimators with colour mixing property to be improved and rotationally symmetric aplanatic devices with good colour mixing property and efficiency to be improved. The aim of this work was to design a free-form device in order to improve colour mixing property of the rotationally symmetric nonaplanatic RXI devices and the efficiency of the aplanatic ones.

Estructura y pruebas con Labmu

La implantación de la televisión digital en España ha supuesto un conjunto de desafíos técnicos y de orden práctico que se han ido acometiendo en multitud de ámbitos, desde la legislación que normaliza las infraestructuras comunes de telecomunicación hasta los cambios en las instalaciones y receptores donde el usuario final recibe los servicios. Por la complejidad y el carácter interdisciplinar de los conocimientos necesarios el aprendizaje de los titulados dentro del ámbito de la Telecomunicación supone también un reto importante. Este proyecto realiza una primera aproximación a un conjunto de herramientas hardware y software de ayuda a la enseñanza de esta amplia disciplina. El proyecto se ha realizado en torno a Labmu laboratorio multiusuario para prácticas de televisión digital de la empresa Xpertia. Se ha realizado para conocer y documentar sus posibilidades. También se ha documentado la tarjeta moduladora DTA-111 y el software para Windows StreamXpress. Estos sistemas ofrecen muchas posibilidades para la docencia de la televisión digital en todas las áreas desde la codificación fuente hasta la decodificación en el usuario final. En particular para ambos sistemas se han realizado pruebas en radiofrecuencia de emisiones de TDT. También se han establecido algunas ideas para trabajo futuro con estos sistemas. El proyecto se divide en seis capítulos: Capitulo 1: En el primer capítulo titulado Introducción se presenta el proyecto. Capítulo 2: En el segundo capítulo titulado Composición Hardware Labmu se presentan todos los componentes del laboratorio Labmu con la descripción de cada componente y sus características técnicas. Así mismo se presenta el interconexionado y configuración con que se ha trabajado. Capítulo 3: En el tercer capítulo titulado Software Labmu se describe como manual de usuario todos los componentes y posibilidades de software de Labmu. Capítulo 4: En el cuarto capítulo titulado Medidas con Labmu se realiza las medidas de MER, CBER, VBER, C/N y potencia de canal de los canales emitidos en la Comunidad de Madrid, comparando estas medidas con el analizador Promax Prodig-5. Capítulo 5: En el quinto capítulo titulado Tarjeta receptora y software se describe la tarjeta DTA-111 y el software StreamXpress, realizando medidas con el analizador Promax Prodig-5 introduciendo errores a la señal emitida por la tarjeta, y estudiando los niveles límites de visualización correcta. Capítulo 6: En el sexto y último capítulo titulado Conclusiones se presentan las conclusiones del proyecto y un plan de trabajo futuro ABSTRACT. The implantation of Digital Television in Spain (TDT) has implied a number of technical and practical challenges in several scopes. These challenges range from recommendations that standardize common telecommunications infrastructure to the changes in facilities where the end user receives digital services. The complexity and the interdisciplinary nature of skills that graduate Telecommunications students need to learn, is also a major challenge. This project is a first approach of a set of hard ware and software tools to help in the task of teaching this broad range discipline. The project has been carried out on Labmu, a multiuser Digital Television laboratory created by the Xpertia company. Its objectives are to understand and document this range of possibilities. DTA-111 modulator card and software for Windows StreamXpress have also been documented. These systems offer many options for teaching digital television in all areas, from source coding to end user decoding. In particular, both systems were tested on RF emissions in TDT. More over some ideas for future work with these systems have also foreseen. The project is structured in six chapters: Chapter1: This section Introduces the project. Chapter2: Titled “The Composition Hardware Labmu” presents Labmu lab components and provides descriptions for each component and its technical characteristics. It also presents the interconnection and configuration we have been using. Chapter3: Titled “Software Labmu” is a user manual, describing all components and software possibilities Labmu offers. Chapter4: Titled “Measures to Labmu” presents MER, CBER, VBER, C /N and channel power measures provided by Labmu in comparison with Promax Prodig-5 measures for all channels broad casting digital television services in the Community of Madrid. Chapter 5 Titled “Receiver card and software” describes DTA-111 card and software StreamXpress. Also the effects of errors insertion performed by this card are measured with the PromaxProdig-5 meter. Threes hold levels for correct reception are also studied. Chapter6: Entitled Conclusions presents the conclusions of the project and a plan for future work.

Free-form optical systems for nonimaging applications : Sistemas ópticos anamórficos para aplicaciones anidólicas

La óptica anidólica es una rama de la óptica cuyo desarrollo comenzó a mediados de la década de 1960. Este relativamente nuevo campo de la óptica se centra en la transferencia eficiente de la luz, algo necesario en muchas aplicaciones, entre las que destacamos los concentradores solares y los sistemas de iluminación. Las soluciones de la óptica clásica a los problemas de la transferencia de energía de la luz sólo son adecuadas cuando los rayos de luz son paraxiales. La condición paraxial no se cumple en la mayoría de las aplicaciones para concentración e iluminación. Esta tesis contiene varios diseños free-form (aquellos que no presentan ninguna simetría, ni de rotación ni lineal) cuyas aplicaciones van destinadas a estos dos campos. El término nonimaging viene del hecho de que estos sistemas ópticos no necesitan formar una imagen del objeto, aunque no formar la imagen no es una condición necesaria. Otra palabra que se utiliza a veces en lugar de nonimaging es la palabra anidólico, viene del griego "an+eidolon" y tiene el mismo significado. La mayoría de los sistemas ópticos diseñados para aplicaciones anidólicas no presentan ninguna simetría, es decir, son free-form (anamórficos). Los sistemas ópticos free-form están siendo especialmente relevantes durante los últimos años gracias al desarrollo de las herramientas para su fabricación como máquinas de moldeo por inyección y el mecanizado multieje. Sin embargo, solo recientemente se han desarrollado técnicas de diseño anidólicas capaces de cumplir con estos grados de libertad. En aplicaciones de iluminación el método SMS3D permite diseñar dos superficies free-form para controlar las fuentes de luz extensas. En los casos en que se requiere una elevada asimetría de la fuente, el objeto o las restricciones volumétricos, las superficies free-form permiten obtener soluciones de mayor eficiencia, o disponer de menos elementos en comparación con las soluciones de simetría de rotación, dado que las superficies free-form tienen más grados de libertad y pueden realizar múltiples funciones debido a su naturaleza anamórfica. Los concentradores anidólicos son muy adecuados para la captación de energía solar, ya que el objetivo no es la reproducción de una imagen exacta del sol, sino sencillamente la captura de su energía. En este momento, el campo de la concentración fotovoltaica (CPV) tiende hacia sistemas de alta concentración con el fin de compensar el gasto de las células solares multi-unión (MJ) utilizadas como receptores, reduciendo su área. El interés en el uso de células MJ radica en su alta eficiencia de conversión. Para obtener sistemas competitivos en aplicaciones terrestres se recurre a sistemas fotovoltaicos de alta concentración (HCPV), con factores de concentración geométrica por encima de 500x. Estos sistemas se componen de dos (o más) elementos ópticos (espejos y/o lentes). En los sistemas presentados a lo largo de este trabajo se presentan ejemplos de concentradores HCPV con elementos reflexivos como etapa primaria, así como concentradores con elementos refractivos (lente de Fresnel). Con la necesidad de aumentar la eficiencia de los sistemas HCPV reales y con el fin de proporcionar la división más eficiente del espectro solar, células conteniendo cuatro o más uniones (con un potencial de alcanzar eficiencias de más del 45% a una concentración de cientos de soles) se exploran hoy en día. En esta tesis se presenta una de las posibles arquitecturas de división del espectro (spectrum-splitting en la literatura anglosajona) que utilizan células de concentración comercial. Otro campo de aplicación de la óptica nonimaging es la iluminación, donde es necesario proporcionar un patrón de distribución de la iluminación específico. La iluminación de estado sólido (SSL), basada en la electroluminiscencia de materiales semiconductores, está proporcionando fuentes de luz para aplicaciones de iluminación general. En la última década, los diodos emisores de luz (LED) de alto brillo han comenzado a reemplazar a las fuentes de luz convencionales debido a la superioridad en la calidad de la luz emitida, elevado tiempo de vida, compacidad y ahorro de energía. Los colimadores utilizados con LEDs deben cumplir con requisitos tales como tener una alta eficiencia, un alto control del haz de luz, una mezcla de color espacial y una gran compacidad. Presentamos un colimador de luz free-form con microestructuras capaz de conseguir buena colimación y buena mezcla de colores con una fuente de LED RGGB. Una buena mezcla de luz es importante no sólo para simplificar el diseño óptico de la luminaria sino también para evitar hacer binning de los chips. La mezcla de luz óptica puede reducir los costes al evitar la modulación por ancho de pulso y otras soluciones electrónicas patentadas para regulación y ajuste de color. Esta tesis consta de cuatro capítulos. Los capítulos que contienen la obra original de esta tesis son precedidos por un capítulo introductorio donde se presentan los conceptos y definiciones básicas de la óptica geométrica y en el cual se engloba la óptica nonimaging. Contiene principios de la óptica no formadora de imagen junto con la descripción de sus problemas y métodos de diseño. Asimismo se describe el método de Superficies Múltiples Simultáneas (SMS), que destaca por su versatilidad y capacidad de controlar varios haces de rayos. Adicionalmente también se describe la integración Köhler y sus aplicaciones en el campo de la energía fotovoltaica. La concentración fotovoltaica y la iluminación de estado sólido son introducidas junto con la revisión de su estado actual. El Segundo y Tercer Capítulo contienen diseños ópticos avanzados con aplicación en la concentración solar principalmente, mientras que el Cuarto Capítulo describe el colimador free-form con surcos que presenta buena mezcla de colores para aplicaciones de iluminación. El Segundo Capítulo describe dos concentradores ópticos HCPV diseñados con el método SMS en tres dimensiones (SMS3D) que llevan a cabo integración Köhler en dos direcciones con el fin de proporcionar una distribución de irradiancia uniforme libre de aberraciones cromáticas sobre la célula solar. Uno de los diseños es el concentrador XXR free-form diseñado con el método SMS3D, donde el espejo primario (X) y la lente secundaria (R) se dividen en cuatro sectores simétricos y llevan a cabo la integración Köhler (proporcionando cuatro unidades del array Köhler), mientras que el espejo intermedio (X) presenta simetría rotacional. Otro concentrador HCPV presentado es el Fresnel-RXI (FRXI) con una lente de Fresnel funcionando como elemento primario (POE) y una lente RXI como elemento óptico secundario (SOE), que presenta configuración 4-fold con el fin de realizar la integración Köhler. Las lentes RXI son dispositivos nonimaging conocidos, pero su aplicación como elemento secundario es novedosa. Los concentradores XXR y FRXI Köhler son ejemplos académicos de muy alta concentración (más de 2,000x, mientras que los sistemas convencionales hoy en día no suelen llegar a 1,000x) preparados para las células solares N-unión (con N>3), que probablemente requerirán una mayor concentración y alta uniformidad espectral de irradiancia con el fin de obtener sistemas CPV terrestres eficientes y rentables. Ambos concentradores están diseñados maximizando funciones de mérito como la eficiencia óptica, el producto concentración-aceptancia (CAP) y la uniformidad de irradiancia sobre la célula libre de la aberración cromática (integración Köhler). El Tercer Capítulo presenta una arquitectura para la división del espectro solar basada en un módulo HCPV con alta concentración (500x) y ángulo de aceptancia alto (>1º) que tiene por objeto reducir ambas fuentes de pérdidas de las células triple unión (3J) comerciales: el uso eficiente del espectro solar y la luz reflejada de los contactos metálicos y de la superficie de semiconductor. El módulo para la división del espectro utiliza el espectro solar más eficiente debido a la combinación de una alta eficiencia de una célula de concentración 3J (GaInP/GaInAs/Ge) y una de contacto posterior (BPC) de concentración de silicio (Si), así como la técnica de confinamiento externo para la recuperación de la luz reflejada por la célula 3J con el fin de ser reabsorbida por la célula. En la arquitectura propuesta, la célula 3J opera con su ganancia de corriente optimizada (concentración geométrica de 500x), mientras que la célula de silicio trabaja cerca de su óptimo también (135x). El módulo de spectrum-splitting consta de una lente de Fresnel plana como POE y un concentrador RXI free-form como SOE con un filtro paso-banda integrado en él. Tanto POE como SOE realizan la integración Köhler para producir homogeneización de luz sobre la célula. El filtro paso banda envía los fotones IR en la banda 900-1,150nm a la célula de silicio. Hay varios aspectos prácticos de la arquitectura del módulo presentado que ayudan a reducir la complejidad de los sistemas spectrum-splitting (el filtro y el secundario forman una sola pieza sólida, ambas células son coplanarias simplificándose el cableado y la disipación de calor, etc.). Prototipos prueba-de-concepto han sido ensamblados y probados a fin de demostrar la fabricabilidad del filtro y su rendimiento cuando se combina con la técnica de reciclaje de luz externa. Los resultados obtenidos se ajustan bastante bien a los modelos y a las simulaciones e invitan al desarrollo de una versión más compleja de este prototipo en el futuro. Dos colimadores sólidos con surcos free-form se presentan en el Cuarto Capítulo. Ambos diseños ópticos están diseñados originalmente usando el método SMS3D. La segunda superficie ópticamente activa está diseñada a posteriori como una superficie con surcos. El diseño inicial de dos espejos (XX) está diseñado como prueba de concepto. En segundo lugar, el diseño RXI free-form es comparable con los colimadores RXI existentes. Se trata de un diseño muy compacto y eficiente que proporciona una muy buena mezcla de colores cuando funciona con LEDs RGB fuera del eje óptico como en los RGB LEDs convencionales. Estos dos diseños son dispositivos free-form diseñados con la intención de mejorar las propiedades de mezcla de colores de los dispositivos no aplanáticos RXI con simetría de revolución y la eficiencia de los aplanáticos, logrando una buena colimación y una buena mezcla de colores. La capacidad de mezcla de colores del dispositivo no-aplanático mejora añadiendo características de un aplanático a su homólogo simétrico sin pérdida de eficiencia. En el caso del diseño basado en RXI, su gran ventaja consiste en su menor coste de fabricación ya que el proceso de metalización puede evitarse. Aunque algunos de los componentes presentan formas muy complejas, los costes de fabricación son relativamente insensibles a la complejidad del molde, especialmente en el caso de la producción en masa (tales como inyección de plástico), ya que el coste del molde se reparte entre todas las piezas fabricadas. Por último, las últimas dos secciones son las conclusiones y futuras líneas de investigación. ABSTRACT Nonimaging optics is a branch of optics whose development began in the mid-1960s. This rather new field of optics focuses on the efficient light transfer necessary in many applications, among which we highlight solar concentrators and illumination systems. The classical optics solutions to the problems of light energy transfer are only appropriate when the light rays are paraxial. The paraxial condition is not met in most applications for the concentration and illumination. This thesis explores several free-form designs (with neither rotational nor linear symmetry) whose applications are intended to cover the above mentioned areas and more. The term nonimaging comes from the fact that these optical systems do not need to form an image of the object, although it is not a necessary condition not to form an image. Another word sometimes used instead of nonimaging is anidolic, and it comes from the Greek “an+eidolon” and has the same meaning. Most of the optical systems designed for nonimaging applications are without any symmetry, i.e. free-form. Free-form optical systems become especially relevant lately with the evolution of free-form tooling (injection molding machines, multi-axis machining techniques, etc.). Nevertheless, only recently there are nonimaging design techniques that are able to meet these degrees of freedom. In illumination applications, the SMS3D method allows designing two free-form surfaces to control very well extended sources. In cases when source, target or volumetric constrains have very asymmetric requirements free-form surfaces are offering solutions with higher efficiency or with fewer elements in comparison with rotationally symmetric solutions, as free-forms have more degrees of freedom and they can perform multiple functions due to their free-form nature. Anidolic concentrators are well suited for the collection of solar energy, because the goal is not the reproduction of an exact image of the sun, but instead the collection of its energy. At this time, Concentration Photovoltaics (CPV) field is turning to high concentration systems in order to compensate the expense of multi-junction (MJ) solar cells used as receivers by reducing its area. Interest in the use of MJ cells lies in their very high conversion efficiency. High Concentration Photovoltaic systems (HCPV) with geometric concentration of more than 500x are required in order to have competitive systems in terrestrial applications. These systems comprise two (or more) optical elements, mirrors and/or lenses. Systems presented in this thesis encompass both main types of HCPV architectures: concentrators with primary reflective element and concentrators with primary refractive element (Fresnel lens). Demand for the efficiency increase of the actual HCPV systems as well as feasible more efficient partitioning of the solar spectrum, leads to exploration of four or more junction solar cells or submodules. They have a potential of reaching over 45% efficiency at concentration of hundreds of suns. One possible architectures of spectrum splitting module using commercial concentration cells is presented in this thesis. Another field of application of nonimaging optics is illumination, where a specific illuminance distribution pattern is required. The Solid State Lighting (SSL) based on semiconductor electroluminescence provides light sources for general illumination applications. In the last decade high-brightness Light Emitting Diodes (LEDs) started replacing conventional light sources due to their superior output light quality, unsurpassed lifetime, compactness and energy savings. Collimators used with LEDs have to meet requirements like high efficiency, high beam control, color and position mixing, as well as a high compactness. We present a free-form collimator with microstructures that performs good collimation and good color mixing with RGGB LED source. Good light mixing is important not only for simplifying luminaire optical design but also for avoiding die binning. Optical light mixing may reduce costs by avoiding pulse-width modulation and other patented electronic solutions for dimming and color tuning. This thesis comprises four chapters. Chapters containing the original work of this thesis are preceded by the introductory chapter that addresses basic concepts and definitions of geometrical optics on which nonimaging is developed. It contains fundamentals of nonimaging optics together with the description of its design problems, principles and methods, and with the Simultaneous Multiple Surface (SMS) method standing out for its versatility and ability to control several bundles of rays. Köhler integration and its applications in the field of photovoltaics are described as well. CPV and SSL fields are introduced together with the review on their background and their current status. Chapter 2 and Chapter 3 contain advanced optical designs with primarily application in solar concentration; meanwhile Chapter 4 portrays the free-form V-groove collimator with good color mixing property for illumination application. Chapter 2 describes two HCPV optical concentrators designed with the SMS method in three dimensions (SMS3D). Both concentrators represent Köhler integrator arrays that provide uniform irradiance distribution free from chromatic aberrations on the solar cell. One of the systems is the XXR free-form concentrator designed with the SMS3D method. The primary mirror (X) of this concentrator and secondary lens (R) are divided in four symmetric sectors (folds) that perform Köhler integration; meanwhile the intermediate mirror (X) is rotationally symmetric. Second HCPV concentrator is the Fresnel-RXI (FRXI) with flat Fresnel lens as the Primary Optical Element (POE) and an RXI lens as the Secondary Optical Element (SOE). This architecture manifests 4-fold configuration for performing Köhler integration (4 array units), as well. The RXI lenses are well-known nonimaging devices, but their application as SOE is novel. Both XXR and FRXI Köhler HCPV concentrators are academic examples of very high concentration (more than 2,000x meanwhile conventional systems nowadays have up to 1,000x) prepared for the near future N-junction (N>3) solar cells. In order to have efficient and cost-effective terrestrial CPV systems, those cells will probably require higher concentrations and high spectral irradiance uniformity. Both concentrators are designed by maximizing merit functions: the optical efficiency, concentration-acceptance angle (CAP) and cell-irradiance uniformity free from chromatic aberrations (Köhler integration). Chapter 3 presents the spectrum splitting architecture based on a HCPV module with high concentration (500x) and high acceptance angle (>1º). This module aims to reduce both sources of losses of the actual commercial triple-junction (3J) solar cells with more efficient use of the solar spectrum and with recovering the light reflected from the 3J cells’ grid lines and semiconductor surface. The solar spectrum is used more efficiently due to the combination of a high efficiency 3J concentration cell (GaInP/GaInAs/Ge) and external Back-Point-Contact (BPC) concentration silicon (Si) cell. By employing external confinement techniques, the 3J cell’s reflections are recovered in order to be re-absorbed by the cell. In the proposed concentrator architecture, the 3J cell operates at its optimized current gain (at geometrical concentration of 500x), while the Si cell works near its optimum, as well (135x). The spectrum splitting module consists of a flat Fresnel lens (as the POE), and a free-form RXI-type concentrator with a band-pass filter embedded in it (as the SOE), both POE and SOE performing Köhler integration to produce light homogenization. The band-pass filter sends the IR photons in the 900-1,150nm band to the Si cell. There are several practical aspects of presented module architecture that help reducing the added complexity of the beam splitting systems: the filter and secondary are forming a single solid piece, both cells are coplanar so the heat management and wiring is simplified, etc. Two proof-of-concept prototypes are assembled and tested in order to prove filter manufacturability and performance, as well as the potential of external light recycling technique. Obtained measurement results agree quite well with models and simulations, and show an opened path to manufacturing of the Fresnel RXI-type secondary concentrator with spectrum splitting strategy. Two free-form solid V-groove collimators are presented in Chapter 4. Both free-form collimators are originally designed with the SMS3D method. The second mirrored optically active surface is converted in a grooved surface a posteriori. Initial two mirror (XX) design is presented as a proof-of-concept. Second, RXI free-form design is comparable with existing RXI collimators as it is a highly compact and a highly efficient design. It performs very good color mixing of the RGGB LED sources placed off-axis like in conventional RGB LEDs. Collimators described here improve color mixing property of the prior art rotationally symmetric no-aplanatic RXI devices, and the efficiency of the aplanatic ones, accomplishing both good collimation and good color mixing. Free-form V-groove collimators enhance the no-aplanatic device's blending capabilities by adding aplanatic features to its symmetric counterpart with no loss in efficiency. Big advantage of the RXI design is its potentially lower manufacturing cost, since the process of metallization may be avoided. Although some components are very complicated for shaping, the manufacturing costs are relatively insensitive to the complexity of the mold especially in the case of mass production (such as plastic injection), as the cost of the mold is spread in many parts. Finally, last two sections are conclusions and future lines of investigation.

A process for managing interaction between experimenters to get useful similar replications

Context: A replication is the repetition of an experiment. Several efforts have been made to adopt replication as a common practice in software engineering. There are different types of replications, depending on their purpose. Similar replications keep the experimental conditions as alike as possible to the original ones. External similar replications, where the replicating experimenters are not the same people as the original experimenters, have been a stumbling block. Several attempts at combining the results of replications have resulted in failure. Software engineering does not appear to be well suited to such replications, because it works with complex experimentally immature contexts. Software engineering settings have a large number of variables, and the role that many of them play is unknown. A successful (or useful) similar replication helps to better understand the phenomenon under study by verifying results and/or identifying contextual variables that could influence (or not) the results, through the combination of experimental results. Objective: To be able to get successful similar replications, there needs to be interaction between original and replicating experimenters. In this paper, we propose an interaction process for achieving successful similar replications. Method: This process consists of: an adaptation meeting, where experimenters tailor the experiment to the new setting; querying, to settle occasional inquiries while the experiment is being run; and a combination meeting, where experimenters meet to discuss the combination of replication outcomes with previous results. To check its effectiveness, the process has been tested on three different replications of the same experiment. Results: The proposed interaction process has helped to identify new contextual variables that could potentially influence (or not) the experimental results in the three replications run. Additionally, the interaction process has helped to uncover certain problems and deviations that occurred during some of the replications that we would have not been aware of otherwise. Conclusions: There are signs that suggest that it is possible to get successful similar replications in soft- ware engineering experimentation, when there is appropriate interaction among experimenters.

Desarrollo de una solución SaaS para una Enterprise Store

En el marco del proyecto europeo FI-WARE, en el CoNWet Lab (laboratorio de la ETSI Informáticos de la UPM) se ha implementado la plataforma Web Wstore que es una implementación de referencia del Store Generic Enabler perteneciente a dicho proyecto. El objetivo de FI-WARE es crear la plataforma núcleo del Internet del Futuro (IoF) con la intención de incrementar la competitividad global europea en el mundo de las TI. El proyecto introduce una infraestructura innovadora para la creación y distribución de servicios digitales en internet. WStore ofrece a los proveedores de servicios la plataforma donde publicar sus ofertas y desde la cual los clientes podrán acceder ellas. Estos proveedores ofrecen servicios Web, aplicaciones, widgets y data sets del mismo modo que Google ofrece aplicaciones en la tienda online Google Play o Apple en el App Store. WStore está implementada actualmente como una plataforma Web, por lo que una organización que desee ofrecer el servicio de la store necesita instalar el software en un servidor propio y disponer de un dominio para ofrecer sus productos. El objetivo de este trabajo es migrar WStore a un entorno de computación en la nube de manera que con una única instancia se ofrezca el servicio a las organizaciones que deseen disponer de su propia plataforma, de la cual tendrán total control como si se encontrase en su propia infraestructura. Para esto se implementa una versión de WStore que será desplegada en una infraestructura cloud y ofrecida como Software as a Service. La implementación incluye una serie de módulos de código que se podrán añadir opcionalmente en el proceso de instalación si se desea que la instancia instalada sea Multitenant. Además, en este trabajo se estudian y prueban las herramientas que ofrece MongoDB para desplegar la plataforma Wstore Multitenant en una infraestructura cloud. Estas herramientas son replica sets y sharding que permiten desplegar una base de datos escalable y de alta disponibilidad. ---ABSTRACT---In the context of the European project FI-WARE, the CoNWeT Lab (IT Lab from ETSIINF UPM university) has been implemented the web platform WStore. WStore is a reference implementation of the Generic Enabler Store from FI-WARE project. The FI-WARE goal is to create the core platform of the Future Internet (IoF) with the intention of enhancing Europe's global competitiveness in IT technologies. FI-WARE introduces an innovative infrastructure for the creation and distribution of digital services over the Internet. WStore offers to service providers a platform to publicate offerings and where customers can access them. The providers offer web services, applications, widgets and data sets in the same way that Google offers online applications on Google Play or Apple on App Store plataforms. WStore is currently implemented as a web platform, so if an organization wants to offer the store service, it need to install the software on it’s own serves and have a domain to offer their products. The objective of this paper is to migrate WStore to a cloud computing environment where a single instance of the WStore is offered as a web service to organizations who want their own store. Customers (tenants) of the WStore web service will have total control over the software and WStore administration. The implementation includes several code modules that can be optionally added in the installation process to build a Multitenant instance. In addition, this paper review the tools that MongoDB provide for scalability and high availability (replica sets and sharding) with the purpose of deploying multi-tenant WStore on a cloud infrastructure.

Prototipo de e-store para un ecosistema y un framework de provisión de servicios

El trabajo realizado se encuentra enmarcado dentro del proyecto de I+D+I del 7o programa marco de la Comisión Europea Fi-WARE: The future Internet core platform que forma parte de la iniciativa Future Internet PPP. En concreto, se ha desarrollado la especificación de un Generic Enabler con funcionalidad de tienda virtual que de soporte a la publicación y adquisición o subscripción de aplicaciones y servicios dentro del denominado Business Framework Ecosystem (BFE), además de una implementación de referencia de este Generic Enabler (GE) que ha sido utilizada para la realización de una prueba de concepto con el objetivo de comprobar la adecuación del comportamiento de la especificación dentro del BFE. La primera tarea realizada ha consistido en un estudio de otras stores (o tiendas digitales) existentes, mirando aspectos tales como la funcionalidad proporcionada, la información mostrada de los distintos productos ofrecidos o la organización de la interfaz de usuario y la metáfora visual. Este estudio ha tenido como objetivo establecer un punto de partida desde el que empezar a analizar las distintas funcionalidades que deberá proveer el sistema.Utilizando como base el estudio anterior y las necesidades concretas de la plataforma Fi-WARE se paso a la educación de los requisitos generales del sistema en los cuales se especifica a grandes rasgos la funcionalidad que debe proveer esta tienda digital así como algunos aspectos concretos de la experiencia de usuario. Una vez definida la funcionalidad de la store se ha abordado el diseño del sistema. Para realizar este diseño se ha trabajado en dos tareas principales: La primera de estas tareas ha consistido en realizar el diseño de la arquitectura del Store GE, en el que se especifican todos los módulos que debe contener el sistema para poder satisfacer los requisitos, así como las distintas conexiones del Store GE con otros componentes del proyecto Fi-Ware y de sus interrelaciones con el resto de componentes de dicho proyecto. Esto ofrece una visión global de la ubicación del Store GE dentro de la arquitectura general del proyecto Fi-Ware. La segunda tarea ha consistido en el desarrollo de la especicación abierta (Open specication) del Store GE. Esta tarea es probablemente la más relevante de cara a cumplir con los objetivos del proyecto Fi-Ware, ya que Fi-Ware se propone como objetivo principal proporcionar las especificaciones de una plataforma tecnológica abierta para la Internet del futuro, formada por un conjunto de componentes (denominados Generic Enablers), entre los que se encuentra el Store GE. En este documento ha quedado descrito con todo detalle en que consiste el Store GE y cuales son sus APIs, sobre las que se construirán las aplicaciones de la futura Internet basadas en Fi-Ware, de manera que sea posible que cualquier empresa pueda realizar una implementación diferente a la que se está desarrollando en este proyecto (si bien ésta será su implementación de referencia). Para esta Open specication se han desarrollado un modelo de gestión de usuarios y roles, un modelo de datos, diagramas de interacción que definen todas las posibles comunicaciones de la store con otros Generic Enablers del proyecto Fi-Ware, la definición del ciclo de vida de una oferta y las APIs REST del Store GE, incluyendo el contenido de las peticiones y los tipos MIME soportados. En este punto se pudo comenzar a trabajar en la implementación de referencia del Store GE. La primera tarea ha consistido en realizar la integración con el Marketplace GE, otro de los Generic Enablers del proyecto Fi-Ware, para ello se definieron unos requisitos específicos y se realizó un diseño de bajo nivel de este móodulo seguido de la propia implementación y un conjunto exhaustivo de pruebas unitarias para comprobar su correcto funcionamiento. A continuación se pasó a realizar la integracióon con el Repository GE siguiendo los mismos pasos que con la integración con el Marketplace GE. La siguiente tarea realizada ha consistido en la realización de los móodulos necesarios para permitir crear nuevas ofertas en la implementación de referencia de Store GE incluyendo nuevamente una fase de educación de requisitos específicos, un diseño de bajo nivel, la propia implementación y una serie de pruebas unitarias. Una vez implementada la creación de nuevas ofertas, se pasó a la realización de la funcionalidad necesaria para la recuperación y visualizacion de estas ofertas así como a la realización del soporte necesario para el registro de recursos y para la vinculación de estos a determinadas ofertas, siguiendo nuevamente la metodología antes mencionada. Finalmente se ha dado el soporte para la publicación y la adquisición de ofertas. En este caso la adquisición de ofertas se ha realizado tan solo en la parte servidora de la aplicación y no se ha llegado a dar soporte a esta funcionalidad en la interfaz Web al no ser necesaria para la realización de la prueba de concepto prevista. No obstante esta funcionalidad será implementada junto con otras funcionalidades como el soporte de características sociales, ya fuera del ámbito de este Trabajo de fin de grado. Como paso previo a la realización de la prueba de concepto se ha trabajado en la plataforma Wirecloud, que es una implementación de referencia del denominado Application Mashup GE, modicando su funcionalidad para integrarla con la API de compras realizada dentro de la implementación de referencia del Store GE. La úultima tarea realizada para este Trabajo de fin de grado ha consistido por fin en la realización de la prueba de concepto del Store GE integrando su implementación de referencia con las del resto de Generic Enablers, lo cual ha permitido comprobar así el fucionamiento de la arquitectura y modelo propuestos.

Desarrollo sistemático de elementos composicionales para Mashup de aplicaciones

Este Trabajo fin de grado ha tomado como punto de partida el escenario y los casos de uso que han sido seleccionados para el demostrador ("live demo") del proyecto europeo de I+D+I FI-WARE para, a través del diseño y de la implementación del conjunto de widgets y operadores que forman parte de dicho demostrador, deducir los principios subyacentes al Desarrollo sistemático de los elementos composicionales que conforman un mashup de aplicaciones Web 2.0. En concreto, con el escenario escogido se quiere demostrar, en un contexto de Smart Cities, como puede monitorizarse el estado y la geolocalización de un conjunto de máquinas de vending y de los técnicos y reponedores que les dan soporte. Este trabajo fin de grado se ocupa, en concreto, de crear todos los componentes de interfaz necesarios para poder ofrecer un mashup de aplicación que ofrezca un cuadro de mando personalizable para llevar a cabo la monitorización y el control de máquinas de vending, técnicos y reponedores. Teniendo en cuenta el documento de casos de uso para ese escenario, se hizo una revisión de los diferentes widgets y operadores que había que diseñar y desarrollar. El conjunto inicial de widgets se mantuvo invariable, ya que las vistas que hay que mostrar deben ser las que se especifican en el documento anteriormente citado. No obstante, los operadores necesarios para el mashup han ido cambiando a lo largo del desarrollo como consecuencia de las necesidades de los tipos de datos tratados y de las características propias de la plataforma utilizada. El diseño del mashup se ha dividido en dos tipos de diseños distintos: Diseño de vistas: Es un disño de alto nivel donde se pueden observar las distintas vistas que vería el usuario en cada uno de los widgets (los operadores no tienen vista). Diseño de interacciones: Es un diseño de alto nivel donde se representa esquemáticamente el ujo de datos entre los elementos composicionales del mashup (tanto widgets como operadores). Al mismo tiempo que se planteaba el diseño del mashup, y como consecuencia de la experiencia ganada, se han podido ir realizando trabajos como la creación de la "Guía de desarrollo de widgets y operadores" y la "Guía de estilo para el desarrollo de widgets y operadores".Estos documentos, por su importancia, dan pie al título del presente trabajo ya que suponen una ayuda metodológica al desarrollo sistemático de elementos composicionales para mashup de aplicaciones. Durante ese periódo, simultaneamente, se pudieron encontrar y consultar diferentes fuentes de información que completan el "Estado del arte" y el documento de "Principios de diseño de aplicaciones composicionales orientadas a mashups" y se realizaron varias herramientas que facilitan la tarea del programador de crear un nuevo widget u operador desde cero. Entre estas últimas, destacan: una herramienta para crear y mantener la estructura de directorios y archivos de un widget y de un operador; y una herramienta que empaqueta todos los ficheros del widget u operador en un solo fichero WGT, dejándolo preparado para ser desplegado en la plataforma. La mayor parte del trabajo ha consistido en la implementación de los widgets y operadores. Los widgets implementados son los siguientes: Map Viewer. Issues List. Technicians List. Technicians Info. Los operadores implementados son los siguientes: Poi2Issue Issue2Poi Poi2vCard Vcard2Poi TechnicianSource IssuesSource También se han realizado tres tipos de tests: unitarios, de integracion y de sistema. Además se ha creado documentación de cada elemento composicional para el usuario. En dicha documentación se explica cuales son las funcionalidades de cada uno de los elementos composicionales y cuales son las capacidades de conexión con otros elementos. El resultado de mi trabajo puede observarse en: http://www.youtube.com/watch?v=r8 Vv ehJSw

Producción de recursos educativos abiertos con componentes sociales y semánticos basados con técnicas de ingeniería del conocimiento

Los Recursos Educativos Abiertos (REA) y los Cursos Educativos Abiertos (OCW) son utilizados como apoyo para los procesos de enseñanza aprendizaje; el carácter de abierto de estos recursos contribuye a la difusión de conocimiento y facilita el acceso a la información. Existe una gran cantidad de universidades e instituciones de educación superior que se han unido al movimiento abierto, poniendo a disposición los OCW que sus docentes realizan para los estudiantes formales, sin embargo se ha detectado que no existe un proceso estándar en la producción de OCW ya que cada universidad lo realiza con modelos propios de acuerdo a las normativas institucionales. Por lo cual en este trabajo de tesis doctoral se propone un modelo de producción de REA y OCW, denominado REACS que contempla el uso de un modelo de diseño instruccional que permite realizar un proceso sistemático de actividades que contribuyen al aprendizaje; además de la utilización de herramientas sociales y herramientas semánticas que aportan al trabajo colaborativo e identificación de los recursos por su significado, lo cual aporta a la inteligencia colectiva. REACS fue comparado con procesos de producción similares de las universidades relevantes del movimiento OCW, además de ser implementado en un caso de estudio con tres fases en la creación de OCW para una institución de educación superior. Con esta validación se pudo comprobar que REACS aportaba a incrementar el número de estudiantes que aprueban un curso y disminuye el tiempo de producción y publicación de un OCW. ABSTRACT Open Educational Resources (OER) and Open Course Ware (OCW) are used as support for teaching and learning processes; the open characteristic of these resources contributes to the diffusion of knowledge and facilitates the access to information. There are an important number of universities and institutions of higher education have joined to the open movement, making available the OCW´s for formal students. However, it has been found that there is not a standard process for the production of OCW and each university develop these with their own models according to their institutional regulations. Therefore, this doctoral thesis proposes REACS, a production model of OER and OCW that contemplates the use of an instructional design model that allows a systematic process of activities that contribute to learning. REACS includes the use of social tools and semantic tools that provide collaborative and identification of resources based in their meaning, contributing with the collective intelligence. REACS was compared with similar production processes belonging to relevant universities in the OCW movement. Additionally OCW were produced using REACS in a study case developed in three stages. With these validations, it was found that REACS contributed to increasing the student approved ratio and the OCW production and publication times were reduced.

Neurotrophic factors [activity-dependent neurotrophic factor (ADNF) and basic fibroblast growth factor (bFGF)] interrupt excitotoxic neurodegenerative cascades promoted by a PS1 mutation

Although an excitotoxic mechanism of neuronal injury has been proposed to play a role in chronic neurodegenerative disorders such as Alzheimer’s disease, and neurotrophic factors have been put forward as potential therapeutic agents, direct evidence is lacking. Taking advantage of the fact that mutations in the presenilin-1 (PS1) gene are causally linked to many cases of early-onset inherited Alzheimer’s disease, we generated PS1 mutant knock-in mice and directly tested the excitotoxic and neurotrophic hypotheses of Alzheimer’s disease. Primary hippocampal neurons from PS1 mutant knock-in mice exhibited increased production of amyloid β-peptide 42/43 and increased vulnerability to excitotoxicity, which occurred in a gene dosage-dependent manner. Neurons expressing mutant PS1 exhibited enhanced calcium responses to glutamate and increased oxyradical production and mitochondrial dysfunction. Pretreatment with either basic fibroblast growth factor or activity-dependent neurotrophic factor protected neurons expressing mutant PS1 against excitotoxicity. Both basic fibroblast growth factor and activity-dependent neurotrophic factor stabilized intracellular calcium levels and abrogated the increased oxyradical production and mitochondrial dysfunction otherwise caused by the PS1 mutation. Our data indicate that neurotrophic factors can interrupt excitotoxic neurodegenerative cascades promoted by PS1 mutations.

The epitopes for some antiphospholipid antibodies are adducts of oxidized phospholipid and β2 glycoprotein 1 (and other proteins)

Circulating autoantibodies to phospholipids (aPLs), such as cardiolipin (CL), are found in patients with antiphospholipid antibody syndrome (APS). We recently demonstrated that many aPLs bound to CL only after it had been oxidized (OxCL), but not to a reduced CL analogue that could not undergo oxidation. We now show that the neoepitopes recognized by some aPLs consist of adducts formed between breakdown products of oxidized phospholipid and associated proteins, such as β2 glycoprotein 1 (β2GP1). Addition of human β2GP1, polylysine, native low-density lipoprotein, or apolipoprotein AI to OxCL-coated wells increased the anticardiolipin antibody (aCL) binding from APS sera that first had been diluted so that no aCL binding to OxCL could be detected. No increase in aCL binding was observed when these proteins were added to wells coated with reduced CL. The ability of β2GP1, polylysine, or low-density lipoprotein to be a “cofactor” for aCL binding to OxCL was greatly reduced when the proteins were methylated. Incubation of β2GP1 with oxidized 1-palmitoyl-2-linoleyl-[1-14C]-phosphatidylcholine (PC), but not with dipalmitoyl-[1-14C]-PC, led to formation of covalent adducts with β2GP1 recognized by APS sera. These data suggest that the reactive groups of OxCL, such as aldehydes generated during the decomposition of oxidized polyunsaturated fatty acids, form covalent adducts with β2GP1 (and other proteins) and that these are epitopes for aCLs. Knowledge that the epitopes recognized by many aPLs are adducts of oxidized phospholipid and associated proteins, including β2GP1, may give new insights into the pathogenic events underlying the clinical manifestations of APS.

Quantitative, chemically specific imaging of selenium transformation in plants

Quantitative, chemically specific images of biological systems would be invaluable in unraveling the bioinorganic chemistry of biological tissues. Here we report the spatial distribution and chemical forms of selenium in Astragalus bisulcatus (two-grooved poison or milk vetch), a plant capable of accumulating up to 0.65% of its shoot dry biomass as Se in its natural habitat. By selectively tuning incident x-ray energies close to the Se K-absorption edge, we have collected quantitative, 100-μm-resolution images of the spatial distribution, concentration, and chemical form of Se in intact root and shoot tissues. To our knowledge, this is the first report of quantitative concentration-imaging of specific chemical forms. Plants exposed to 5 μM selenate for 28 days contained predominantly selenate in the mature leaf tissue at a concentration of 0.3–0.6 mM, whereas the young leaves and the roots contained organoselenium almost exclusively, indicating that the ability to biotransform selenate is either inducible or developmentally specific. While the concentration of organoselenium in the majority of the root tissue was much lower than that of the youngest leaves (0.2–0.3 compared with 3–4 mM), isolated areas on the extremities of the roots contained concentrations of organoselenium an order of magnitude greater than the rest of the root. These imaging results were corroborated by spatially resolved x-ray absorption near-edge spectra collected from selected 100 × 100 μm2 regions of the same tissues.

Requirement of the Lec35 Gene for All Known Classes of Monosaccharide-P-Dolichol-dependent Glycosyltransferase Reactions in Mammals

The Lec35 gene product (Lec35p) is required for utilization of the mannose donor mannose-P-dolichol (MPD) in synthesis of both lipid-linked oligosaccharides (LLOs) and glycosylphosphatidylinositols, which are important for functions such as protein folding and membrane anchoring, respectively. The hamster Lec35 gene is shown to encode the previously identified cDNA SL15, which corrects the Lec35 mutant phenotype and predicts a novel endoplasmic reticulum membrane protein. The mutant hamster alleles Lec35.1 and Lec35.2 are characterized, and the human Lec35 gene (mannose-P-dolichol utilization defect 1) was mapped to 17p12-13. To determine whether Lec35p was required only for MPD-dependent mannosylation of LLO and glycosylphosphatidylinositol intermediates, two additional lipid-mediated reactions were investigated: MPD-dependent C-mannosylation of tryptophanyl residues, and glucose-P-dolichol (GPD)-dependent glucosylation of LLO. Both were found to require Lec35p. In addition, the SL15-encoded protein was selective for MPD compared with GPD, suggesting that an additional GPD-selective Lec35 gene product remains to be identified. The predicted amino acid sequence of Lec35p does not suggest an obvious function or mechanism. By testing the water-soluble MPD analog mannose-β-1-P-citronellol in an in vitro system in which the MPD utilization defect was preserved by permeabilization with streptolysin-O, it was determined that Lec35p is not directly required for the enzymatic transfer of mannose from the donor to the acceptor substrate. These results show that Lec35p has an essential role for all known classes of monosaccharide-P-dolichol-dependent reactions in mammals. The in vitro data suggest that Lec35p controls an aspect of MPD orientation in the endoplasmic reticulum membrane that is crucial for its activity as a donor substrate.