Server power modeling for run-time energy optimization of cloud computing facilities

As advanced Cloud services are becoming mainstream, the contribution of data centers in the overall power consumption of modern cities is growing dramatically. The average consumption of a single data center is equivalent to the energy consumption of 25.000 households. Modeling the power consumption for these infrastructures is crucial to anticipate the effects of aggressive optimization policies, but accurate and fast power modeling is a complex challenge for high-end servers not yet satisfied by analytical approaches. This work proposes an automatic method, based on Multi-Objective Particle Swarm Optimization, for the identification of power models of enterprise servers in Cloud data centers. Our approach, as opposed to previous procedures, does not only consider the workload consolidation for deriving the power model, but also incorporates other non traditional factors like the static power consumption and its dependence with temperature. Our experimental results shows that we reach slightly better models than classical approaches, but simul- taneously simplifying the power model structure and thus the numbers of sensors needed, which is very promising for a short-term energy prediction. This work, validated with real Cloud applications, broadens the possibilities to derive efficient energy saving techniques for Cloud facilities.

Project management in cloud

Este proyecto consiste en la construcción de un prototipo para la gestión de proyectos, destinada a usuarios del entorno profesional. La herramienta pretende servir de soporte a los equipos que realicen un proyecto dotando al usuario con la posibilidad de gestionar los tiempos del proyecto, gestión de requisitos, gestión de recursos, gestión de la documentación, etc. Adicionalmente, este trabajo llevará asociado un plan de negocio para poder estudiar la viabilidad del proyecto, en este plan de negocio se analizará; el entorno externo (competencia); análisis de las debilidades, fortalezas, amenazas y oportunidades; plan de marketing; plan económicofinanciero; análisis de riesgos del proyecto. A grandes rasgos, la herramienta desarrollada se compone de dos bases de datos (una relacional y otra no relacional), un conjunto de módulos que implementan la funcionalidad y una interfaz gráfica que proporciona a los usuarios una forma cómoda de interactuar con el sistema, principalmente ofrecerá las siguientes opciones:  Gestión de proyectos  Gestión de usuarios.  Gestión de recursos  Gestión de tiempos  Cuadro de mando y notificaciones. ---ABSTRACT---This Project consist of the construction of a prototype for Project management, intended for users of the profesional environment. The software aims to support teams conducting a project by providing the user with the ability to manage time, requirements management, resource management, document management, etc. In addition, this work includes a business plan to study the viability of the project. This business plan addresses the following; analysis of the external enviroment; analysis of the strengths, weaknesses, opportunities and threats; marketing plan; economic and financial plan; analysis of project risks. In general terms, the developed tools are composed of two databases (relational and nonrelational), a set of modules that implement the functionality and a web interface that gives users a convenient way to interact with the system. The options that the system offers are:  Project management  User management  Resource management  Time management  Dashboard and notifications

Aplicación de la metodología GloBeM al servicio de cloud Hydra

El presente Proyecto de Fin de Máster consiste en crear una herramienta software capaz de monitorizar y gestionar la actividad de Hydra, una herramienta de gestión de entornos distribuidos, para que su estrategia de balanceo de carga se adecúe al modelo creado por GloBeM, una metodología de análisis de entornos distribuidos. GloBeM, que es una metodología externa, puede analizar y crear un modelo de máquina de estados finitos a partir de un sistema distribuido concreto. Hydra, una herramienta también externa, es un sistema de gestión de entornos cloud recientemente desarrollado y de código abierto, con un sistema de balanceo de carga efectivo pero algo limitado. El software construido recoge el modelo creado por GloBeM y lo analiza. A partir de ahí, monitoriza en tiempo real y a una frecuencia determinada la actividad de Hydra y el sistema cloud que ésta gestiona, y reconfigura sus parámetros para que su desempeño se ciña a lo estipulado por el modelo de GloBeM, extendiendo así el sistema de balanceo de carga original de Hydra.---ABSTRACT---This Master's Thesis Project involves creating a software able to monitor and manage the activity of Hydra, a tool for managing distributed environments, in order to adjust its load balancing strategy to the model created by GloBeM, an analysis methodology for distributed environments. GloBeM, which is an external methodology, can analyse and create a finite-state machine model from a particular cloud system. Hydra, also an external tool, is an open source management system for cloud environments recently developed, with a relatively limited system of load balancing. The created software gets the model created by GloBeM as an input and analyses it. From there, it monitors in real time and at a certain frequency Hydra’s activity and the cloud system that it manages, and reconfigures its parameters to adjust its performance to the stipulations by the GloBeM’s model, extending Hydra's original load balancing system.

dOTM: a mechanism for distributing centralized multi-party video conferencing in the cloud

One of the key factors for a given application to take advantage of cloud computing is the ability to scale in an efficient, fast and reliable way. In centralized multi-party video conferencing, dynamically scaling a running conversation is a complex problem. In this paper we propose a methodology to divide the Multipoint Control Unit (the video conferencing server) into more simple units, broadcasters. Each broadcaster receives the media from a participant, processes it and forwards it to the rest. These broadcasters can be distributed among a group of CPUs. By using this methodology, video conferencing systems can scale in a more granular way, improving the deployment.

Research challenges for cross-cloud application

Federated clouds can expose the Internet as a homogeneous compute fabric. There is an opportunity for developing cross-cloud applications that can be deployed pervasively over the Internet, dynamically adapting their internal topology to their needs. In this paper we explore the main challenges for fully realizing the potential of cross-cloud applications. First, we focus on the networking dimension of these applications. We evaluate what support is needed from the infrastructure, and what are the further implications of opening the networking side. On a second part, we examine the impact of a distributed deployment for applications, assessing the implications from a management perspective, and how it affects the delivery of quality of service and non-functional requirements.

FIWARE Lab: managing resources and services in a cloud federation supporting future internet applications

Real-world experimentation facilities accelerate the development of Future Internet technologies and services, advance the market for smart infrastructures, and increase the effectiveness of business processes through the Internet. The federation of facilities fosters the experimentation and innovation with larger and more powerful environment, increases the number and variety of the offered services and brings forth possibilities for new experimentation scenarios. This paper introduces a management solution for cloud federation that automates service provisioning to the largest possible extent, relieves the developers from time-consuming configuration settings, and caters for real-time information of all information related to the whole lifecycle of the provisioned services. This is achieved by proposing solutions to achieve the seamless deployment of services across the federation and ability of services to span across different infrastructures of the federation, as well as monitoring of the resources and data which can be aggregated with a common structure, offered as an open ecosystem for innovation at the developers' disposal. This solution consists of several federation management tools and components that are part of the work on Cloud Federation conducted within XIFI project to build the federation of cloud infrastructures for the Future Internet Lab (FIWARE Lab). We present the design and implementation of the solution-concerned FIWARE Lab management tools and components that are deployed within a federation of 17 cloud infrastructures distributed across Europe.

A proposal for a modular and application-aware autonomic manager of private cloud infrastructures

Recientemente, el paradigma de la computación en la nube ha recibido mucho interés por parte tanto de la industria como del mundo académico. Las infraestructuras cloud públicas están posibilitando nuevos modelos de negocio y ayudando a reducir costes. Sin embargo, una compañía podría desear ubicar sus datos y servicios en sus propias instalaciones, o tener que atenerse a leyes de protección de datos. Estas circunstancias hacen a las infraestructuras cloud privadas ciertamente deseables, ya sea para complementar a las públicas o para sustituirlas por completo. Por desgracia, las carencias en materia de estándares han impedido que las soluciones para la gestión de infraestructuras privadas se hayan desarrollado adecuadamente. Además, la multitud de opciones disponibles ha creado en los clientes el miedo a depender de una tecnología concreta (technology lock-in). Una de las causas de este problema es la falta de alineación entre la investigación académica y los productos comerciales, ya que aquella está centrada en el estudio de escenarios idealizados sin correspondencia con el mundo real, mientras que éstos consisten en soluciones desarrolladas sin tener en cuenta cómo van a encajar con los estándares más comunes o sin preocuparse de hacer públicos sus resultados. Con objeto de resolver este problema, propongo un sistema de gestión modular para infraestructuras cloud privadas enfocado en tratar con las aplicaciones en lugar de centrarse únicamente en los recursos hardware. Este sistema de gestión sigue el paradigma de la computación autónoma y está diseñado en torno a un modelo de información sencillo, desarrollado para ser compatible con los estándares más comunes. Este modelo divide el entorno en dos vistas, que sirven para separar aquello que debe preocupar a cada actor involucrado del resto de información, pero al mismo tiempo permitiendo relacionar el entorno físico con las máquinas virtuales que se despliegan encima de él. En dicho modelo, las aplicaciones cloud están divididas en tres tipos genéricos (Servicios, Trabajos de Big Data y Reservas de Instancias), para que así el sistema de gestión pueda sacar partido de las características propias de cada tipo. El modelo de información está complementado por un conjunto de acciones de gestión atómicas, reversibles e independientes, que determinan las operaciones que se pueden llevar a cabo sobre el entorno y que es usado para hacer posible la escalabilidad en el entorno. También describo un motor de gestión encargado de, a partir del estado del entorno y usando el ya mencionado conjunto de acciones, la colocación de recursos. Está dividido en dos niveles: la capa de Gestores de Aplicación, encargada de tratar sólo con las aplicaciones; y la capa del Gestor de Infraestructura, responsable de los recursos físicos. Dicho motor de gestión obedece un ciclo de vida con dos fases, para así modelar mejor el comportamiento de una infraestructura real. El problema de la colocación de recursos es atacado durante una de las fases (la de consolidación) por un resolutor de programación entera, y durante la otra (la online) por un heurístico hecho ex-profeso. Varias pruebas han demostrado que este acercamiento combinado es superior a otras estrategias. Para terminar, el sistema de gestión está acoplado a arquitecturas de monitorización y de actuadores. Aquella estando encargada de recolectar información del entorno, y ésta siendo modular en su diseño y capaz de conectarse con varias tecnologías y ofrecer varios modos de acceso. ABSTRACT The cloud computing paradigm has raised in popularity within the industry and the academia. Public cloud infrastructures are enabling new business models and helping to reduce costs. However, the desire to host company’s data and services on premises, and the need to abide to data protection laws, make private cloud infrastructures desirable, either to complement or even fully substitute public oferings. Unfortunately, a lack of standardization has precluded private infrastructure management solutions to be developed to a certain level, and a myriad of diferent options have induced the fear of lock-in in customers. One of the causes of this problem is the misalignment between academic research and industry ofering, with the former focusing in studying idealized scenarios dissimilar from real-world situations, and the latter developing solutions without taking care about how they f t with common standards, or even not disseminating their results. With the aim to solve this problem I propose a modular management system for private cloud infrastructures that is focused on the applications instead of just the hardware resources. This management system follows the autonomic system paradigm, and is designed around a simple information model developed to be compatible with common standards. This model splits the environment in two views that serve to separate the concerns of the stakeholders while at the same time enabling the traceability between the physical environment and the virtual machines deployed onto it. In it, cloud applications are classifed in three broad types (Services, Big Data Jobs and Instance Reservations), in order for the management system to take advantage of each type’s features. The information model is paired with a set of atomic, reversible and independent management actions which determine the operations that can be performed over the environment and is used to realize the cloud environment’s scalability. From the environment’s state and using the aforementioned set of actions, I also describe a management engine tasked with the resource placement. It is divided in two tiers: the Application Managers layer, concerned just with applications; and the Infrastructure Manager layer, responsible of the actual physical resources. This management engine follows a lifecycle with two phases, to better model the behavior of a real infrastructure. The placement problem is tackled during one phase (consolidation) by using an integer programming solver, and during the other (online) with a custom heuristic. Tests have demonstrated that this combined approach is superior to other strategies. Finally, the management system is paired with monitoring and actuators architectures. The former able to collect the necessary information from the environment, and the later modular in design and capable of interfacing with several technologies and ofering several access interfaces.

Heterogeneous architecture for the optimization of large-scale graph processing data centres

Con el auge del Cloud Computing, las aplicaciones de proceso de datos han sufrido un incremento de demanda, y por ello ha cobrado importancia lograr m�ás eficiencia en los Centros de Proceso de datos. El objetivo de este trabajo es la obtenci�ón de herramientas que permitan analizar la viabilidad y rentabilidad de diseñar Centros de Datos especializados para procesamiento de datos, con una arquitectura, sistemas de refrigeraci�ón, etc. adaptados. Algunas aplicaciones de procesamiento de datos se benefician de las arquitecturas software, mientras que en otras puede ser m�ás eficiente un procesamiento con arquitectura hardware. Debido a que ya hay software con muy buenos resultados en el procesamiento de grafos, como el sistema XPregel, en este proyecto se realizará una arquitectura hardware en VHDL, implementando el algoritmo PageRank de Google de forma escalable. Se ha escogido este algoritmo ya que podr��á ser m�ás eficiente en arquitectura hardware, debido a sus características concretas que se indicaráan m�ás adelante. PageRank sirve para ordenar las p�áginas por su relevancia en la web, utilizando para ello la teorí��a de grafos, siendo cada página web un vértice de un grafo; y los enlaces entre páginas, las aristas del citado grafo. En este proyecto, primero se realizará un an�álisis del estado de la técnica. Se supone que la implementaci�ón en XPregel, un sistema de procesamiento de grafos, es una de las m�ás eficientes. Por ello se estudiará esta �ultima implementaci�ón. Sin embargo, debido a que Xpregel procesa, en general, algoritmos que trabajan con grafos; no tiene en cuenta ciertas caracterí��sticas del algoritmo PageRank, por lo que la implementaci�on no es �optima. Esto es debido a que en PageRank, almacenar todos los datos que manda un mismo v�értice es un gasto innecesario de memoria ya que todos los mensajes que manda un vértice son iguales entre sí e iguales a su PageRank. Se realizará el diseño en VHDL teniendo en cuenta esta caracter��ística del citado algoritmo,evitando almacenar varias veces los mensajes que son iguales. Se ha elegido implementar PageRank en VHDL porque actualmente las arquitecturas de los sistemas operativos no escalan adecuadamente. Se busca evaluar si con otra arquitectura se obtienen mejores resultados. Se realizará un diseño partiendo de cero, utilizando la memoria ROM de IPcore de Xillinx (Software de desarrollo en VHDL), generada autom�áticamente. Se considera hacer cuatro tipos de módulos para que as�� el procesamiento se pueda hacer en paralelo. Se simplificar�á la estructura de XPregel con el fin de intentar aprovechar la particularidad de PageRank mencionada, que hace que XPregel no le saque el m�aximo partido. Despu�és se escribirá el c�ódigo, realizando una estructura escalable, ya que en la computación intervienen millones de páginas web. A continuación, se sintetizar�á y se probará el código en una FPGA. El �ultimo paso será una evaluaci�ón de la implementaci�ón, y de posibles mejoras en cuanto al consumo.

Diseño e implementación de herramientas web para la gestión de recursos Openstack

En un momento en el que la Nube cobra cada día más fuerza, contribuyendo como pieza fundamental en la aparición de nuevos modelos de negocio, que a su vez originan una amplia oferta de aplicaciones útiles en prácticamente todos los ámbitos; la Unión Europea decidió sumergirse en el proyecto FIWARE, con la idea de alzarse como una nueva alternativa pública de código abierto, en un mercado dominado desde hace años por Google y Amazon. Desde 2011, FIWARE crece gracias al trabajo colaborativo de multitud de empresas e instituciones europeas especializadas en el ámbito de las TIC, con el objetivo de ofrecer un entorno estandarizado y de código abierto, que de soporte en la nube, tanto a las empresas como a las aplicaciones que puedan surgir en el futuro. Entre el amplio conjunto de contribuidores al proyecto, se encuentra la Universidad Politécnica de Madrid. Concretamente, como parte de la Cátedra de Telefónica en la Escuela Superior de Ingenieros de Telecomunicación, nace el Grupo de Internet de Nueva Generación (GING), responsable de importantes aportaciones al proyecto FIWARE. Entre las diferentes actividades a cargo del GING, están el diseño, la implementación y el mantenimiento del Portal Cloud, la interfaz gráfica que proporciona acceso desde la web a los diferentes servicios de la nube de FIWARE, basados la mayoría en los recursos Openstack: proveedor de infraestructura como servicio (IaaS). El objetivo de este trabajo será introducir al lector los principales propósitos por los que nace FIWARE, y presentar una serie de desarrollos realizados bajo la firma del GING, en torno al Portal y su relación con la infraestructura Openstack. A lo largo del documento, se explicarán los diferentes procedimientos vinculados a la implementación de las herramientas web que han contribuido a mejorar la funcionalidad del Portal. Dichos procedimientos, entrañan el estudio y empleo de tres tecnologías fundamentales: desarrollos web de front-end y el empleo de la framework BackboneJS, los recursos Openstack y el entorno de desarrollo Devstack, y el concepto de los widgets aplicado a la monitorización de máquinas virtuales. La lectura de este documento puede resultar de gran utilidad, pues, la implantación de los diferentes casos de uso tratados en este proyecto, permite hacer un repaso de los diferentes niveles de abstracción con los que cuenta una herramienta como el Portal Cloud: partiendo de la implementación de la interfaz de usuario, hasta llegar a la configuración de los recursos que conforman el soporte de la aplicación, pasando por la creación de APIs y librerías que proporcionen acceso a los distintos servicios disponibles. Así, el análisis de la estructura y componentes que dan forma al Portal Cloud de FIWARE, proporcionará una visión global, extrapolable al diseño y funcionamiento de cualquier aplicación o plataforma que emplee como soporte de sus capacidades los servicios ofrecidos por proveedores de Infraestructura como Servicio.

Using cloud technologies for engaging people with cultural heritage

Cultural heritage is an important asset of Europe which is largely underexplored. One of the main reasons is that the general public do not really incorporate cultural activities in their life style. Currently, curators and professionals in the heritage sector face the toughest challenges on how to attract, engage and retain visitors of heritage institutions (libraries, museums, archives and historical societies). TAG CLOUD FP7 European project seeks to overcome this situation and promote lifelong engagement with culture by personalising the visitors? cultural experiences through cloud technologies.

Diseño e implementación de persistencia en bases de datos basadas en Google App Engine

El mundo de la web admite actualmente los productos desarrollados tanto por desarrolladores profesionales como por usuarios finales con un conocimiento más limitado. A pesar de la diferencia que se puede suponer de calidad entre los productos de ambos, las dos soluciones pueden ser reconocidas y empleadas en una aplicación. En la Web 2.0, este comportamiento se observa en el desarrollo de componentes web. Lo que se persigue en el trabajo es desarrollar un modelo de persistencia que, apoyado por un lado servidor y por uno cliente, recoja las métricas de calidad de los componentes cuando los usuarios interaccionan con ellos. A partir de estas métricas, es posible mejorar la calidad de estos componentes. La forma en la que se van a recoger las métricas es a través de PicBit, la aplicación desarrollada para que los usuarios puedan interconectar diferentes componentes entre ellos sin restricciones, de forma que tras interactuar con ellos puedan expresar su grado de satisfacción, que se recoge para la evaluación de la calidad. Se definen también unas métricas intrínsecas al componente, no determinadas por el usuario y que sirven como referencia de la evaluación. Cuando se tienen tanto las métricas intrínsecas como procedentes del usuario, se realiza una correlación entre ellas que permite analizar las posibles desviaciones entre ellas y determinar la calidad propia del componente. Las conclusiones que se pueden obtener del trabajo es que cuando los usuarios pueden realizar pruebas de usabilidad de forma libre, sin restricciones, es mayor la posibilidad de obtener resultados favorables porque estos resultados muestran cómo usará un usuario final la aplicación. Este método de trabajo se ve favorecido por el número de herramientas que se pueden utilizar hoy para monitorizar el flujo de usuario en el servicio.---ABSTRACT---Nowadays, the web world deals with products developed both by professional developers and by end-users with some limited knowledge. Although the difference between both can be important in quality terms, both are accepted and included in web applications. In web 2.0, this behavior can be recognized in the web components development. The goal pursued in the work presented is to create a persistent model that, supported by an end and a back side, will pick the quality measures of the components when the users interact with them. These measures are the starting point for improving the components. The way in which the measures are going to be picked is through PicBit, the application we have developed in order to allow the users playing with the components without restrictions or rules, so after the interaction they can give their satisfaction mark with the application. This will be the value used to evaluate the quality. Some own measures are also defined, which does not depend on the user and which will be used as a reference point of the evaluation. When the measures from users and own ones are got, their correlation is analyzed to study the differences between them and to establish the quality of the component. The conclusion that can be gained from the project is the importance of giving freedom for users when doing usability tests because it increases the chance to get positive results, in the way the users execute the operations they want with the application. This method is fortunate for having such a number of tools to monitor the user flow when using the service.

Diseño y desarrollo del backend para la explotación de componentes web empleando Google App Engine

La web vive un proceso de cambio constante, basado en una interacción mayor del usuario. A partir de la actual corriente de paradigmas y tecnologías asociadas a la web 2.0, han surgido una serie de estándares de gran utilidad, que cubre la necesidad de los desarrollos actuales de la red. Entre estos se incluyen los componentes web, etiquetas HTML definidas por el usuario que cubren una función concreta dentro de una página. Existe una necesidad de medir la calidad de dichos desarrollos, para discernir si el concepto de componente web supone un cambio revolucionario en el desarrollo de la web 2.0. Para ello, es necesario realizar una explotación de componentes web, considerada como la medición de calidad basada en métricas y definición de un modelo de interconexión de componentes. La plataforma PicBit surge como respuesta a estas cuestiones. Consiste en una plataforma social de construcción de perfiles basada en estos elementos. Desde la perspectiva del usuario final se trata de una herramienta para crear perfiles y comunidades sociales, mientras que desde una perspectiva académica, la plataforma consiste en un entorno de pruebas o sandbox de componentes web. Para ello, será necesario implementar el extremo servidor de dicha plataforma, enfocado a la labor de explotación, por medio de la definición de una interfaz REST de operaciones y un sistema para la recolección de eventos de usuario en la plataforma. Gracias a esta plataforma se podrán discernir qué parámetros influyen positivamente en la experiencia de uso de un componente, así como descubrir el futuro potencial de este tipo de desarrollos.---ABSTRACT---The web evolves into a more interactive platform. From the actual version of the web, named as web 2.0, many paradigms and standards have arisen. One of those standards is web components, a set of concepts to define new HTML tags that covers a specific function inside a web page. It is necessary to measure the quality of this kind of software development, and the aim behind this approach is to determine if this new set of concepts would survive in the actual web paradigm. To achieve this, it is described a model to analyse components, in the terms of quality measure and interconnection model description. PicBit consists of a social platform to use web components. From the point of view of the final user, this platform is a tool to create social profiles using components, whereas from the point of view of technicians, it consists of a sandbox of web components. Thanks to this platform, we will be able to discover those parameters that have a positive effect in the user experience and to discover the potential of this new set of standards into the web 2.0.

Definición, diseño e implementación de métricas de usuario final sobre componentes web en el lado Front-end, mediante Google Analytics

La web ha evolucionado hacia la participación en la creación de contenido tanto por desarrolladores expertos como por usuarios finales sin un gran conocimiento en esta área. A pesar de que su uso es igual de válido y funcional, las diferencias entre la calidad de los productos desarrollados por ambos puede llegar a ser considerable. Esta característica se observa con mayor claridad cuando se analizan los web components. El trabajo consiste en el desarrollo de un entorno capaz de recoger las métricas de calidad de los componentes, basadas en la interacción con ellos por parte de los usuarios. A partir de las métricas obtenidas, se determinará su calidad para realizar una mejora de la misma, en función de las características valoradas. La selección de las métricas se realiza mediante un estudio de las características que definen a un componente, y permiten ser analizadas. Para poder llevar a cabo la construcción del portal, se ha descrito un prototipo capaz de proporcionar un sistema para permitir que los componentes intercambien información entre ellos. El modelo ha sido integrado en los componentes que se han de evaluar para obtener nuevas métricas sobre esta característica. Se ha desarrollado un dashboard que permite la interacción sin limitaciones de los usuarios con los componentes, facilitándoles un sistema para conectar componentes, utilizando para ello el sistema previamente descrito. Como conclusión del trabajo, se puede observar la necesidad de integrar los componentes web en un entorno real para poder determinar su calidad. Debido a que la calidad está determinada por los usuarios que consumen los componentes, se ha de contar con su opinión en la cuantificación de la misma.---ABSTRACT---Recently, the web has evolved to the collaboration between professional developers and end users with limited knowledge to create web content. Although both solutions are correct and functional, the differences in the quality between them can be appreciable. This feature is shown clearly when the web components are analyzed. The work is composed of the development of a virtual environment which is able to pick the quality measures of the components, based on the interaction between these components and the user. The measures are the starting point to decide the quality, and improve them with the rated measures. The measures selection is done through a study of the main features of a component. This selection can be analyzed. In order to create the website, a prototype has been specified to provide a system in which the components can be trade information between them. The interconnection model has been integrated in the components to evaluate. A dashboard has been developed to allow users interacting with the components without rules, making them possible connecting components through the model. The main conclusion of the work is the necessity of integrating web components in a real environment to decide their quality. Due to the fact that the quality is measured in terms of the rate of the users, it is a must to give them the main roles in the establishment of that quality.

Biometric authentication of users through iris by using key binding and similarity preserving hash functions = Autenticación biométrica de usuarios a través del iris mediante la ocultación de claves y funciones resumen que preservan la similitud

El extraordinario auge de las nuevas tecnologías de la información, el desarrollo de la Internet de las Cosas, el comercio electrónico, las redes sociales, la telefonía móvil y la computación y almacenamiento en la nube, han proporcionado grandes beneficios en todos los ámbitos de la sociedad. Junto a éstos, se presentan nuevos retos para la protección y privacidad de la información y su contenido, como la suplantación de personalidad y la pérdida de la confidencialidad e integridad de los documentos o las comunicaciones electrónicas. Este hecho puede verse agravado por la falta de una frontera clara que delimite el mundo personal del mundo laboral en cuanto al acceso de la información. En todos estos campos de la actividad personal y laboral, la Criptografía ha jugado un papel fundamental aportando las herramientas necesarias para garantizar la confidencialidad, integridad y disponibilidad tanto de la privacidad de los datos personales como de la información. Por otro lado, la Biometría ha propuesto y ofrecido diferentes técnicas con el fin de garantizar la autentificación de individuos a través del uso de determinadas características personales como las huellas dáctilares, el iris, la geometría de la mano, la voz, la forma de caminar, etc. Cada una de estas dos ciencias, Criptografía y Biometría, aportan soluciones a campos específicos de la protección de datos y autentificación de usuarios, que se verían enormemente potenciados si determinadas características de ambas ciencias se unieran con vistas a objetivos comunes. Por ello es imperativo intensificar la investigación en estos ámbitos combinando los algoritmos y primitivas matemáticas de la Criptografía con la Biometría para dar respuesta a la demanda creciente de nuevas soluciones más técnicas, seguras y fáciles de usar que potencien de modo simultáneo la protección de datos y la identificacíón de usuarios. En esta combinación el concepto de biometría cancelable ha supuesto una piedra angular en el proceso de autentificación e identificación de usuarios al proporcionar propiedades de revocación y cancelación a los ragos biométricos. La contribución de esta tesis se basa en el principal aspecto de la Biometría, es decir, la autentificación segura y eficiente de usuarios a través de sus rasgos biométricos, utilizando tres aproximaciones distintas: 1. Diseño de un esquema criptobiométrico borroso que implemente los principios de la biometría cancelable para identificar usuarios lidiando con los problemas acaecidos de la variabilidad intra e inter-usuarios. 2. Diseño de una nueva función hash que preserva la similitud (SPHF por sus siglas en inglés). Actualmente estas funciones se usan en el campo del análisis forense digital con el objetivo de buscar similitudes en el contenido de archivos distintos pero similares de modo que se pueda precisar hasta qué punto estos archivos pudieran ser considerados iguales. La función definida en este trabajo de investigación, además de mejorar los resultados de las principales funciones desarrolladas hasta el momento, intenta extender su uso a la comparación entre patrones de iris. 3. Desarrollando un nuevo mecanismo de comparación de patrones de iris que considera tales patrones como si fueran señales para compararlos posteriormente utilizando la transformada de Walsh-Hadarmard. Los resultados obtenidos son excelentes teniendo en cuenta los requerimientos de seguridad y privacidad mencionados anteriormente. Cada uno de los tres esquemas diseñados han sido implementados para poder realizar experimentos y probar su eficacia operativa en escenarios que simulan situaciones reales: El esquema criptobiométrico borroso y la función SPHF han sido implementados en lenguaje Java mientras que el proceso basado en la transformada de Walsh-Hadamard en Matlab. En los experimentos se ha utilizado una base de datos de imágenes de iris (CASIA) para simular una población de usuarios del sistema. En el caso particular de la función de SPHF, además se han realizado experimentos para comprobar su utilidad en el campo de análisis forense comparando archivos e imágenes con contenido similar y distinto. En este sentido, para cada uno de los esquemas se han calculado los ratios de falso negativo y falso positivo. ABSTRACT The extraordinary increase of new information technologies, the development of Internet of Things, the electronic commerce, the social networks, mobile or smart telephony and cloud computing and storage, have provided great benefits in all areas of society. Besides this fact, there are new challenges for the protection and privacy of information and its content, such as the loss of confidentiality and integrity of electronic documents and communications. This is exarcebated by the lack of a clear boundary between the personal world and the business world as their differences are becoming narrower. In both worlds, i.e the personal and the business one, Cryptography has played a key role by providing the necessary tools to ensure the confidentiality, integrity and availability both of the privacy of the personal data and information. On the other hand, Biometrics has offered and proposed different techniques with the aim to assure the authentication of individuals through their biometric traits, such as fingerprints, iris, hand geometry, voice, gait, etc. Each of these sciences, Cryptography and Biometrics, provides tools to specific problems of the data protection and user authentication, which would be widely strengthen if determined characteristics of both sciences would be combined in order to achieve common objectives. Therefore, it is imperative to intensify the research in this area by combining the basics mathematical algorithms and primitives of Cryptography with Biometrics to meet the growing demand for more secure and usability techniques which would improve the data protection and the user authentication. In this combination, the use of cancelable biometrics makes a cornerstone in the user authentication and identification process since it provides revocable or cancelation properties to the biometric traits. The contributions in this thesis involve the main aspect of Biometrics, i.e. the secure and efficient authentication of users through their biometric templates, considered from three different approaches. The first one is designing a fuzzy crypto-biometric scheme using the cancelable biometric principles to take advantage of the fuzziness of the biometric templates at the same time that it deals with the intra- and inter-user variability among users without compromising the biometric templates extracted from the legitimate users. The second one is designing a new Similarity Preserving Hash Function (SPHF), currently widely used in the Digital Forensics field to find similarities among different files to calculate their similarity level. The function designed in this research work, besides the fact of improving the results of the two main functions of this field currently in place, it tries to expand its use to the iris template comparison. Finally, the last approach of this thesis is developing a new mechanism of handling the iris templates, considering them as signals, to use the Walsh-Hadamard transform (complemented with three other algorithms) to compare them. The results obtained are excellent taking into account the security and privacy requirements mentioned previously. Every one of the three schemes designed have been implemented to test their operational efficacy in situations that simulate real scenarios: The fuzzy crypto-biometric scheme and the SPHF have been implemented in Java language, while the process based on the Walsh-Hadamard transform in Matlab. The experiments have been performed using a database of iris templates (CASIA-IrisV2) to simulate a user population. The case of the new SPHF designed is special since previous to be applied i to the Biometrics field, it has been also tested to determine its applicability in the Digital Forensic field comparing similar and dissimilar files and images. The ratios of efficiency and effectiveness regarding user authentication, i.e. False Non Match and False Match Rate, for the schemes designed have been calculated with different parameters and cases to analyse their behaviour.

Nepfix: on-demand cloud elastic simulation of networks of evolutionary processors

Una Red de Procesadores Evolutivos o NEP (por sus siglas en ingles), es un modelo computacional inspirado por el modelo evolutivo de las celulas, específicamente por las reglas de multiplicación de las mismas. Esta inspiración hace que el modelo sea una abstracción sintactica de la manipulation de information de las celulas. En particu¬lar, una NEP define una maquina de cómputo teorica capaz de resolver problemas NP completos de manera eficiente en tóerminos de tiempo. En la praóctica, se espera que las NEP simuladas en móaquinas computacionales convencionales puedan resolver prob¬lemas reales complejos (que requieran ser altamente escalables) a cambio de una alta complejidad espacial. En el modelo NEP, las cóelulas estóan representadas por palabras que codifican sus secuencias de ADN. Informalmente, en cualquier momento de cómputo del sistema, su estado evolutivo se describe como un coleccion de palabras, donde cada una de ellas representa una celula. Estos momentos fijos de evolucion se denominan configuraciones. De manera similar al modelo biologico, las palabras (celulas) mutan y se dividen en base a bio-operaciones sencillas, pero solo aquellas palabras aptas (como ocurre de forma parecida en proceso de selection natural) seran conservadas para la siguiente configuracióon. Una NEP como herramienta de computation, define una arquitectura paralela y distribuida de procesamiento simbolico, en otras palabras, una red de procesadores de lenguajes. Desde el momento en que el modelo fue propuesto a la comunidad científica en el año 2001, múltiples variantes se han desarrollado y sus propiedades respecto a la completitud computacional, eficiencia y universalidad han sido ampliamente estudiadas y demostradas. En la actualidad, por tanto, podemos considerar que el modelo teórico NEP se encuentra en el estadio de la madurez. La motivación principal de este Proyecto de Fin de Grado, es proponer una aproxi-mación práctica que permita dar un salto del modelo teórico NEP a una implantación real que permita su ejecucion en plataformas computacionales de alto rendimiento, con el fin de solucionar problemas complejos que demanda la sociedad actual. Hasta el momento, las herramientas desarrolladas para la simulation del modelo NEP, si bien correctas y con resultados satisfactorios, normalmente estón atadas a su entorno de ejecucion, ya sea el uso de hardware específico o implementaciones particulares de un problema. En este contexto, el propósito fundamental de este trabajo es el desarrollo de Nepfix, una herramienta generica y extensible para la ejecucion de cualquier algo¬ritmo de un modelo NEP (o alguna de sus variantes), ya sea de forma local, como una aplicación tradicional, o distribuida utilizando los servicios de la nube. Nepfix es una aplicacion software desarrollada durante 7 meses y que actualmente se encuentra en su segunda iteration, una vez abandonada la fase de prototipo. Nepfix ha sido disenada como una aplicacion modular escrita en Java 8 y autocontenida, es decir, no requiere de un entorno de ejecucion específico (cualquier maquina virtual de Java es un contenedor vólido). Nepfix contiene dos componentes o móodulos. El primer móodulo corresponde a la ejecución de una NEP y es por lo tanto, el simulador. Para su desarrollo, se ha tenido en cuenta el estado actual del modelo, es decir, las definiciones de los procesadores y filtros mas comunes que conforman la familia del modelo NEP. Adicionalmente, este componente ofrece flexibilidad en la ejecucion, pudiendo ampliar las capacidades del simulador sin modificar Nepfix, usando para ello un lenguaje de scripting. Dentro del desarrollo de este componente, tambióen se ha definido un estóandar de representacióon del modelo NEP basado en el formato JSON y se propone una forma de representation y codificación de las palabras, necesaria para la comunicación entre servidores. Adicional-mente, una característica importante de este componente, es que se puede considerar una aplicacion aislada y por tanto, la estrategia de distribution y ejecución son total-mente independientes. El segundo moódulo, corresponde a la distribucióon de Nepfix en la nube. Este de-sarrollo es el resultado de un proceso de i+D, que tiene una componente científica considerable. Vale la pena resaltar el desarrollo de este modulo no solo por los resul-tados prócticos esperados, sino por el proceso de investigation que se se debe abordar con esta nueva perspectiva para la ejecución de sistemas de computación natural. La principal característica de las aplicaciones que se ejecutan en la nube es que son gestionadas por la plataforma y normalmente se encapsulan en un contenedor. En el caso de Nepfix, este contenedor es una aplicacion Spring que utiliza el protocolo HTTP o AMQP para comunicarse con el resto de instancias. Como valor añadido, Nepfix aborda dos perspectivas de implementation distintas (que han sido desarrolladas en dos iteraciones diferentes) del modelo de distribution y ejecucion, que tienen un impacto muy significativo en las capacidades y restricciones del simulador. En concreto, la primera iteration utiliza un modelo de ejecucion asincrono. En esta perspectiva asincrona, los componentes de la red NEP (procesadores y filtros) son considerados como elementos reactivos a la necesidad de procesar una palabra. Esta implementation es una optimization de una topologia comun en el modelo NEP que permite utilizar herramientas de la nube para lograr un escalado transparente (en lo ref¬erente al balance de carga entre procesadores) pero produce efectos no deseados como indeterminacion en el orden de los resultados o imposibilidad de distribuir eficiente-mente redes fuertemente interconectadas. Por otro lado, la segunda iteration corresponde al modelo de ejecucion sincrono. Los elementos de una red NEP siguen un ciclo inicio-computo-sincronizacion hasta que el problema se ha resuelto. Esta perspectiva sincrona representa fielmente al modelo teórico NEP pero el proceso de sincronizacion es costoso y requiere de infraestructura adicional. En concreto, se requiere un servidor de colas de mensajes RabbitMQ. Sin embargo, en esta perspectiva los beneficios para problemas suficientemente grandes superan a los inconvenientes, ya que la distribuciín es inmediata (no hay restricciones), aunque el proceso de escalado no es trivial. En definitiva, el concepto de Nepfix como marco computacional se puede considerar satisfactorio: la tecnología es viable y los primeros resultados confirman que las carac-terísticas que se buscaban originalmente se han conseguido. Muchos frentes quedan abiertos para futuras investigaciones. En este documento se proponen algunas aproxi-maciones a la solucion de los problemas identificados como la recuperacion de errores y la division dinamica de una NEP en diferentes subdominios. Por otra parte, otros prob-lemas, lejos del alcance de este proyecto, quedan abiertos a un futuro desarrollo como por ejemplo, la estandarización de la representación de las palabras y optimizaciones en la ejecucion del modelo síncrono. Finalmente, algunos resultados preliminares de este Proyecto de Fin de Grado han sido presentados recientemente en formato de artículo científico en la "International Work-Conference on Artificial Neural Networks (IWANN)-2015" y publicados en "Ad-vances in Computational Intelligence" volumen 9094 de "Lecture Notes in Computer Science" de Springer International Publishing. Lo anterior, es una confirmation de que este trabajo mas que un Proyecto de Fin de Grado, es solo el inicio de un trabajo que puede tener mayor repercusion en la comunidad científica. Abstract Network of Evolutionary Processors -NEP is a computational model inspired by the evolution of cell populations, which might model some properties of evolving cell communities at the syntactical level. NEP defines theoretical computing devices able to solve NP complete problems in an efficient manner. In this model, cells are represented by words which encode their DNA sequences. Informally, at any moment of time, the evolutionary system is described by a collection of words, where each word represents one cell. Cells belong to species and their community evolves according to mutations and division which are defined by operations on words. Only those cells are accepted as surviving (correct) ones which are represented by a word in a given set of words, called the genotype space of the species. This feature is analogous with the natural process of evolution. Formally, NEP is based on an architecture for parallel and distributed processing, in other words, a network of language processors. Since the date when NEP was pro¬posed, several extensions and variants have appeared engendering a new set of models named Networks of Bio-inspired Processors (NBP). During this time, several works have proved the computational power of NBP. Specifically, their efficiency, universality, and computational completeness have been thoroughly investigated. Therefore, we can say that the NEP model has reached its maturity. The main motivation for this End of Grade project (EOG project in short) is to propose a practical approximation that allows to close the gap between theoretical NEP model and a practical implementation in high performing computational platforms in order to solve some of high the high complexity problems society requires today. Up until now tools developed to simulate NEPs, while correct and successful, are usu¬ally tightly coupled to the execution environment, using specific software frameworks (Hadoop) or direct hardware usage (GPUs). Within this context the main purpose of this work is the development of Nepfix, a generic and extensible tool that aims to execute algorithms based on NEP model and compatible variants in a local way, similar to a traditional application or in a distributed cloud environment. Nepfix as an application was developed during a 7 month cycle and is undergoing its second iteration once the prototype period was abandoned. Nepfix is designed as a modular self-contained application written in Java 8, that is, no additional external dependencies are required and it does not rely on an specific execution environment, any JVM is a valid container. Nepfix is made of two components or modules. The first module corresponds to the NEP execution and therefore simulation. During the development the current state of the theoretical model was used as a reference including most common filters and processors. Additionally extensibility is provided by the use of Python as a scripting language to run custom logic. Along with the simulation a definition language for NEP has been defined based on JSON as well as a mechanisms to represent words and their possible manipulations. NEP simulator is isolated from distribution and as mentioned before different applications that include it as a dependency are possible, the distribution of NEPs is an example of this. The second module corresponds to executing Nepfix in the cloud. The development carried a heavy R&D process since this front was not explored by other research groups until now. It's important to point out that the development of this module is not focused on results at this point in time, instead we focus on feasibility and discovery of this new perspective to execute natural computing systems and NEPs specifically. The main properties of cloud applications is that they are managed by the platform and are encapsulated in a container. For Nepfix a Spring application becomes the container and the HTTP or AMQP protocols are used for communication with the rest of the instances. Different execution perspectives were studied, namely asynchronous and synchronous models were developed for solving different kind of problems using NEPs. Different limitations and restrictions manifest in both models and are explored in detail in the respective chapters. In conclusion we can consider that Nepfix as a computational framework is suc-cessful: Cloud technology is ready for the challenge and the first results reassure that the properties Nepfix project pursued were met. Many investigation branches are left open for future investigations. In this EOG implementation guidelines are proposed for some of them like error recovery or dynamic NEP splitting. On the other hand other interesting problems that were not in the scope of this project were identified during development like word representation standardization or NEP model optimizations. As a confirmation that the results of this work can be useful to the scientific com-munity a preliminary version of this project was published in The International Work- Conference on Artificial Neural Networks (IWANN) in May 2015. Development has not stopped since that point and while Nepfix in it's current state can not be consid¬ered a final product the most relevant ideas, possible problems and solutions that were produced during the seven months development cycle are worthy to be gathered and presented giving a meaning to this EOG work.