• Rural Digital Europe
• 2014-2023close
• Doctoral thesis close
• European University of Technology close

This thesis considers the energy efficiency of information and communication infrastructures in a smart grid - cloud system. It especially deals with communication networks and cloud data centers due to their high energy consumption, which confers them an important role in the network. The contributions of this thesis are implemented on the same framework integrating the smart grid, microgrid, cloud, data centers and users. Indeed, we have studied the interaction between the cloud data centers and the smart grid provider and we have proposed energy efficient power allocation solutions and an energy cost minimization scheme using two architectures: a smart grid-cloud architecture and a microgrid-cloud architecture. In addition, we paid close attention to execute user requests while ensuring a good quality of service in a fog-cloud architecture. In comparison with state-of-the-art works, the results of our contributions have shown that they respond to the identified challenges, particularly in terms of reducing carbon emissions and energy costs of cloud data centers.; Dans cette thèse, nous étudions l’efficacité énergétique des infrastructures informatiques dans un système smart grid – cloud. Nous nous intéressons plus particulièrement aux réseaux de communication et aux data centers du cloud. Nous nous focalisons sur ces derniers à cause de leur grande consommation d’énergie et du rôle vital qu’ils jouent dans un monde connecté en pleine expansion, les positionnant, ainsi, comme des éléments importants dans un système smart grid - cloud. De ce fait, les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre d’un seul framework intégrant le smart grid, le microgrid, le cloud, les data centers et les utilisateurs. Nous avons, en effet, étudié l’interaction entre les data centers du cloud et le fournisseur d’énergie du smart grid et nous avons proposé des solutions d’allocation d’énergie et de minimisation du coût d’énergie en utilisant deux architectures : (1) une architecture smart grid-cloud et (2) une architecture microgrid-cloud. Par ailleurs, nous avons porté une attention particulière à l’exécution des requêtes des utilisateurs tout en leur garantissant un niveau de qualité de service satisfaisant dans une architecture fog -cloud. En comparaison avec les travaux de l’état de l’art, les résultats de nos contributions ont montré qu’ils répondent aux enjeux identifiés, notamment en réduisant les émissions de gaz à effet de serre et le coût d’énergie des data centers.

[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. El agua es una sustancia clave para el desarrollo de la vida en La Tierra. Es por ello que la búsqueda de oportunidad de vida en otros planetas y satélites se basa en la presencia de agua en los mismos. La gestión ecológica del agua es necesaria para la sostenibilidad de los ecosistemas. Uno de los ecosistemas más amplios y donde el agua juega un papel más importante es el suelo, que alberga multitud de variedades de microorganismos cuya actividad, en parte resultante en la generación de nutrientes para el desarrollo de las especies vegetales, es totalmente dependiente del contenido de agua en el suelo. En zonas áridas y semiáridas, como es el caso de la cuenca Mediterránea, la escasez de agua supone un grave problema a la hora de gestionar los pocos recursos hídricos disponibles. En este caso, donde las condiciones geográficas son idóneas para el desarrollo de la agricultura, las soluciones pasan por una optimización de las técnicas de riego y un mayor control sobre los recursos hídricos. En este sentido, las técnicas de riego deficitario controlado se han mostrado exitosas en la reducción de la dotación hídrica a los cultivos en fases no críticas. Sin embargo, para realizar una aplicación prudente y eficiente de las mismas, resulta necesario monitorizar el estado hídrico de los cultivos, con el objetivo de que éstos no alcancen situaciones de estrés irreversible en términos de producción o estado vegetativo. Los indicadores que mayor información aportan sobre el estado hídrico de la planta suelen estar relacionados con variables medibles a partir de la propia planta, pero que son difícilmente automatizables debido a las operaciones de manejo asociadas. Este es el caso del potencial hídrico de tallo a mediodía medido con cámara de presión, considerado hasta la fecha como el indicador más fiable del estado hídrico de los cultivos en general. Es por ello que, para lograr una monitorización continua de esta variable, se busquen otras variables del continuo suelo-planta-atmósfera que puedan estar relacionadas y a partir de las cuales obtener una estimación indirecta. El suelo es la matriz de donde la planta adquiere la mayor parte del agua y los nutrientes que necesita para realizar la fotosíntesis. La relación entre el estado hídrico del suelo y el estado hídrico de los cultivos está más que demostrada. Sin embargo, la precisión alcanzada en los modelos de correlación entre ambos estados requiere de una mejora considerable para hacer un uso realmente fiable de los mismos, y esta mejora no solo pasa por encontrar mejores métodos de correlación, sino también por mejorar la precisión de las medidas obtenidas del suelo. Para monitorizar el estado hídrico del suelo, existen diversas metodologías que ofrecen parámetros medibles como el contenido de agua. El método de medida más extendido para monitorizar el contenido de agua en el suelo es a través del uso de sensores dieléctricos. Sin embargo, la precisión de los mismos está sujeta a diversos factores, entre ellos las características propias del suelo donde se instalan y su coste, relativamente alto para el pequeño y mediano agricultor, condicionando una implantación extensiva de la Agricultura de Precisión y limitando a veces la aplicación de algunos desarrollos únicamente a trabajos de investigación. Esta tesis, elaborada bajo la modalidad de compendio de publicaciones, aborda a través de cuatro artículos científicos la propuesta de soluciones accesibles para la medida del estado hídrico del suelo, con especial enfoque en el contenido de agua; explora las limitaciones y retos asociados con la calibración de los sensores dieléctricos de suelo; participa en la generación de nuevos conocimientos y propuestas para un mejor entendimiento del comportamiento del agua en el suelo y de su interacción con las ondas electromagnéticas; y establece nuevos enfoques y modelos que mejoran la predicción del estado hídrico de los cultivos a partir de medidas indirectas y automatizables en suelo y atmósfera. [ENG] This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication. Water is a fundamental substance for the development of life on Earth. That is why the search for life on other planets and satellites is based on the presence of water on them. Ecological water management is necessary for the sustainability of ecosystems. One of the most extensive ecosystems where water plays a major role is soil, which hosts a large variety of micro-organisms whose activity, partly resulting in the generation of nutrients for the development of plant species, is totally dependent on the water content of the soil. In arid and semi-arid regions, as it is the case in the Mediterranean basin, water scarcity is a serious problem when it comes to managing the few water resources available. In this case, where the geographical conditions are ideal for the development of agriculture, the solutions involve optimization of irrigation techniques and greater control over water resources. In this sense, regulated deficit irrigation strategies have proven to be successful in reducing the water supply to crops in non-critical periods. However, in order to apply them prudently and efficiently, it is necessary to monitor the water status of the crops, so that they do not reach irreversible stress situations in terms of yield or vegetative state. The indicators that provide the highest amount of information on the water status of the plant are usually related to variables that can be measured from the plant itself, but which are difficult to automate due to the labor and time-consuming associated operations. This is the case of the midday stem water potential measured with a pressure chamber, considered to date to be the most reliable indicator of the crop's water status in general. In order to achieve a continuous monitoring of this variable, it is necessary to look for other variables of the soil-plant-atmosphere continuum that may be related and from which to obtain an indirect estimate. Soil is the matrix from which the plant acquires most of the water and nutrients it needs for photosynthesis. The relationship between soil water status and crop water status is well established. However, the accuracy achieved in the correlation models between the two requires considerable improvement to make a truly reliable use of them, and this improvement is not only to find better correlation methods, but also to improve the accuracy of the measurements obtained from the soil. To monitor soil water status, there are several methodologies that provide measurable parameters such as water content. The most widespread measurement method for monitoring soil water content is through the use of dielectric sensors. However, the accuracy of these sensors is subject to various factors, including the characteristics of the soil where they are installed, and their relatively high cost for small and medium-sized farmers, conditioning the extensive implementation of precision agriculture and sometimes limiting the application of some developments only to research work. This thesis, elaborated under the modality of a compendium of publications, addresses through four scientific articles the proposal of affordable solutions for the measurement of soil water status, with special focus on water content; it explores the limitations and challenges associated with the calibration of soil dielectric sensors; participates in the generation of new insights and proposals for a better understanding of the behavior of water in soil and its interaction with electromagnetic waves; and establishes new approaches and models that improve the prediction of crop water status from indirect and automatable measurements in soil and atmosphere. Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. Está formada por un total de cuatro artículos: Article I. González-Teruel, J.D., Torres-Sánchez, R., Blaya-Ros, P.J., Toledo-Moreo, A.B., Jiménez-Buendía, M., Soto-Valles, F., 2019. Design and Calibration of a Low-Cost SDI-12 Soil Moisture Sensor. Sensors, 19, 491. DOI: 10.3390/s19030491 - Article II. González-Teruel, J.D., Jones, S.B., Soto-Valles, F., Torres-Sánchez, R., Lebron, I., Friedman, S.P., Robinson, D.A., 2020. Dielectric Spectroscopy and Application of Mixing Models Describing Dielectric Dispersion in Clay Minerals and Clayey Soils. Sensors, 20, 6678. DOI: 10.3390/s20226678 Article III. González-Teruel, J.D., Jones, S.B., Robinson, D.A., Giménez-Gallego, J., Zornoza, R., Torres-Sánchez, R., 2022. Measurement of the broadband complex permittivity of soils in the frequency domain with a low-cost Vector Network Analyzer and an Open-Ended coaxial probe. Computers and Electronics in Agriculture, 195, 106847. DOI: 10.1016/J.COMPAG.2022.106847 Article IV. González-Teruel, J.D., Ruiz-Abellon, M.C., Blanco, V., Blaya-Ros, P.J., Domingo, R., Torres-Sánchez, R., 2022. Prediction of Water Stress Episodes in Fruit Trees Based on Soil and Weather Time Series Data. Agronomy, 12, 1422. DOI: 10.3390/agronomy12061422 Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Tecnologías Industriales

Cloud computing technologies have seized the attention of different governments, industries, and academic institutions as they offer tremendous potential for new business opportunities in terms of scheduling efficiency, storage capacity, and availability. Yet, they have particular challenges that hinder cloud integration in new emerging technologies and systems. This work presents three principals applications of Cloud computing. The first application issue is for smart grid energy management. It proposes three principal contributions: 1) considering the scheduling of electric vehicles (EVs) energy demands for charging and discharging as a case study, we propose a new energy scheduling model for smart grid based on Cloud computing, 2) in order to reduce the energy cost and energy peak loads, we propose a real-time dynamic pricing policy, 3) to secure energy smart metering infrastructure against false data injection attacks in smart grid environment, we propose a new security scheme, labeled SecMetering. SecMetering is based on hierarchical and distributed intrusion detection system. The second application is designed for scheduling industrial internet of things data; we propose a new hierarchical and decentralized Fog architecture. The third application concerns vehicular networks. We propose two new architectures based on distributed SDN: 1) a hierarchical SDN-based wireless vehicular Fog, labeled HSVF, 2) a framework that uses 5G networks based SDN to enhance the performance of autonomous driving applications.; Les technologies du Cloud computing ont attiré l'attention des gouvernements, industriels et chercheurs, car elles offrent un potentiel énorme en termes d'efficacité de traitement, de capacité de stockage et de disponibilité. Cependant, elles présentent des défis particuliers qui entravent l'intégration du Cloud dans des nouvelles technologies émergentes. Ce travail présente trois applications principales du cloud computing. La première application concerne la gestion de l’énergie des réseaux électrique intelligents. Nous proposons trois contributions principales: 1) un nouveau modèle pour la planification de plug-in des véhicules électriques EVs basé sur une architecture cloud, 2) afin de réduire les coûts de la production d’énergie, nous proposons un modèle de tarification dynamique en temps réel, 3) pour sécuriser l’infrastructure de comptage intelligent de la consommation d’électricité contre les attaques d’injection de fausse informations, nous proposons un nouveau système de sécurité, appelé SecMetering. La deuxième application est conçue pour le traitement des données de l'Internet des objets industriels ; nous proposons une nouvelle architecture décentralisée basée sur un fog hiérarchique. La troisième application concerne les réseaux véhiculaires. Nous proposons deux nouvelles architectures : 1) une architecture fog hiérarchique basée sur SDN, appelé HSVF, 2) une architecture qui utilise le réseau sans fil 5G basé sur SDN pour améliorer les performances de la conduite autonome.

The security of communications depends on security algorithms which are often based on heavy calculations, in particular within an embedded system in view of its other tasks. In such a context, security algorithms consume significant time and energy resources. Security then becomes a slider, a slider that one can move by choosing the right algorithms and parameters for the needs of the embedded system. Finding the right compromise between security, availability and autonomy of a wireless sensor network is difficult for an embedded systems designer. The objective of this thesis is to define the parameters on which it is possible to act to find an acceptable solution. A model in the form of Petri nets is offered to make these parameters interact and highlight their mutual influences.; La sécurité d'un moyen de communication dépend d’algorithmes de sécurité qui reposent sur des calculs souvent lourds, en particulier au sein d'un système embarqué par rapport à ses autres tâches. Dans un tel contexte, les algorithmes de sécurité consomment d'importantes ressources temporelles et énergétiques. La sécurité devient alors un curseur à faire varier grâce à des choix d'algorithmes et de paramètres adaptés aux besoins du système embarqué communicant. Trouver le bon compromis entre sécurité, disponibilité et autonomie d'un réseau de capteurs sans fil est délicat pour un concepteur d'objets connectés. L'objectif de cette thèse est de définir les paramètres sur lesquels il est possible de jouer pour trouver une solution acceptable. Un modèle sous forme de réseaux de Petri est proposé pour faire interagir ces paramètres et mettre en évidence leurs influences sur un réseau de capteur sans fil.

Promocijas darbā izstrādātā metode piedāvā alternatīvu risinājumu, kā apvienot metriskas robotu sastādītas kartes un kā rīkoties kļūdainas karšu apvienošanas gadījumā. Metode risina karšu apvienošanas problēmu gan lokālā (divu metrisku karšu apvienošana bez informācijas par to savstarpējo novietojumu), gan globālā (rezultāta pārbaude un karšu apvienošanas atgriezeniskums) līmenī.

[SPA] En la empresa actual, y en un entorno globalizado como en el que nos encontramos, resulta de vital importancia tener unos procesos eficientes y eficaces, capaces de suministrar el producto o servicio en el plazo adecuado, en la cantidad adecuada, y con el mínimo coste posible. Desde hace varias décadas, la metodología Lean aporta a las empresas herramientas enfocadas a la mejora gradual y continua de su cadena de valor, haciéndolas más competitivas. Pese a esto, no resulta difícil encontrar implantaciones Lean fracasadas, aún con el esfuerzo e inversión iniciales, lo cual conlleva una gran pérdida de tiempo y dinero. Por otro lado, la Industria 4.0 se está erigiendo como la nueva revolución industrial, la de los sistemas ciber-físicos, encaminada a la digitalización e interconectividad de los sistemas productivos a través de la aplicación industrial de las tecnologías de la información. Será crítico en las empresas del futuro adaptar de forma adecuada sus procesos/servicios a esta nueva era digital. El propósito de esta tesis es, por un lado, determinar cuáles son las barreras de implantación de la filosofía Lean más habituales, y por otro, analizar las herramientas de la Industria 4.0 más utilizadas para, posteriormente, centrarse en la interacción entre ambos mundos, el de mejora continua y el digital. Se pretende hacer especial hincapié en la digitalización de los sistemas orientados hacia un Lean digital y adaptados a la realidad futura de los entornos industriales, de manera que no sólo se eviten las fricciones entre ambos enfoques, sino que se aproveche la Industria 4.0 para atenuar las históricas barreras de implementación del Lean Manufacturing, potenciando y mejorando estos sistemas. Pese a ser un tema de gran interés para las empresas, actualmente no se disponen de estudios científicos que demuestren que la digitalización de las empresas a través de la Industria 4.0 puede atenuar las barreras de implantación de sistemas Lean y mejorar, por tanto, el impacto de estos sistemas de mejora continua en los resultados de las empresas. A través de un estudio en profundidad realizado dentro de la empresa multinacional Saint- Gobain, mediante el análisis cuantitativo en 93 fábricas distribuidas en más de 10 países, se ha conseguido demostrar estadísticamente la relación positiva que las herramientas digitales tienen en la implantación Lean y, por ende, en los resultados de la empresa. Los resultados obtenidos son de gran ayuda para aquellas empresas inmersas en proyectos Lean de mejora continua, así como en otras cuyos sistemas hayan perdido relevancia con el paso del tiempo. Además, se suple en parte la falta de conocimiento en esta área, ya que como se ha señalado anteriormente apenas hay artículos científicos que demuestren esta relación positiva. Por último, pero no por eso menos importante, el haber hecho el estudio desde dentro de uno de los grupos industriales mayores a nivel mundial, otorga a esta investigación un grado de aplicabilidad elevado por su estrecha cercanía al mundo de las empresas. [ENG] In today's company, and in a globalized environment such as the one we find ourselves in, it is vitally important to have efficient and effective processes, capable of supplying the product or service in the right time, in the right quantity, and at the lowest possible cost. For several decades, the Lean methodology has provided companies with tools focused on the gradual and progressive improvement of their value chain, making them more competitive. Despite this, it is not difficult to find failed Lean implementations, even with the initial effort and investment, which leads to a great loss of time and money. On the other hand, Industry 4.0 is emerging as the new industrial revolution, the one of the cyber-physical systems, aimed at the digitalization and interconnectivity of production systems through the industrial application of information technologies. It will be critical in the companies of the future adequately adapt their processes/services to this new digital era. The purpose of this thesis is, on one hand, to determine which are the most common barriers for the implementation of the Lean philosophy, and on the other hand, to analyze the tools of Industry 4.0 most used. Finally, it will be focused on the interaction between both worlds, digital and continuous improvement, with special emphasis on the digitalization of these systems towards a digital Lean and adapted to the future reality of industrial environments, so that not only friction between both approaches is avoided, but also Industry 4.0 is used to mitigate the historical barriers to the implementation of Lean Manufacturing, enhancing and improving these systems. Despite being a topic of great interest for companies, currently there are no scientific studies showing that the digitalization of companies through Industry 4.0 can mitigate the barriers to Lean implementation, and therefore improve the impact of these systems of continuous improvement in the results of companies. Through an in-depth study carried out within the multinational company Saint-Gobain, by means of the quantitative analysis in 93 factories distributed in more than 10 countries, it has been possible to statistically demonstrate the positive relationship that digital tools have in the implementation of Lean, and therefore in the results of the company. The results obtained are of great help for those companies immersed in Lean projects of continuous improvement, as well as in others whose systems have lost relevance over time. In addition, the lack of knowledge in this area is partly solved, since as we said there are hardly any scientific articles that demonstrate this positive relationship. Last, but not least, having made the study from within one of the largest industrial groups worldwide, gives this research a high degree of applicability due to its close proximity to the business world. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Ciencias Económicas, Empresariales y Jurídicas

[SPA] Durante los años 70, se empezaron a dar transformaciones profundas, impulsadas por la automatización de procesos y que tomaron como base la electricidad avanzada y las tecnologías de la información. Este periodo de transformación fue denominado “la Revolución digital”, asociada a la Tercera Revolución Industrial. Debido al incremento en Investigación y Desarrollo, nuevas tecnologías han sido inventadas con una mayor velocidad, acelerando el cambio y, con el fin de mejorar la productividad de las empresas, la educación, la salud, etc. Esto ha hecho que haya un nuevo periodo de trasformaciones, caracterizado por la toma de lleno de la digitalización y capacidad de autonomía y autocomportamiento de las máquinas, periodo de la era actual, relacionado con el concepto de Cuarta Revolución Industrial o la denominada Industria 4.0. Estas transformaciones se han sido llevado a cabo gracias a la Transformación digital, puesto que, a través de la evolución de las herramientas digitales que permiten los procesos de transformación, es que se ha podido efectuar las dos últimas revoluciones. Pero la Transformación digital no es solamente la implementación de tecnologías como el Blockchain, el Big Data, la Inteligencia Artificial, el Machine learning, el Deep learning, el Internet de las Cosas y la Computación en la nube, requiere de un cambio profundo en el pensamiento organizacional para que internamente pueda ser acogida desde la alta dirección hacia los empleados, proveedores y clientes. Otro de los conceptos de interés para esta Tesis Doctoral es la Responsabilidad Social Corporativa (RSC). Según algunos académicos, el concepto surgió en los años 30 y 40, cuando empezó a ser tenido en cuenta el desempeño social de las corporaciones. La RSC cobra cada vez más valor, por incluir diferentes aspectos de relevancia para los diferentes grupos de interés, tales como el medioambiente, los derechos humanos y la economía del país En cuanto a los Objetivos de Desarrollo del Milenio, estos fueron establecidos por los países miembros de la Organización de Naciones Unidas (ONU) al inicio de los años 2000, con el fin de combatir entre todos, la pobreza extrema, la desigualdad, la mortalidad infantil y la materna y luchar por la mejora de la salud y la educación universal, a través de la alianza global para el desarrollo. Para dicho cumplimiento, el sector empresarial fue incluido como un actor principal con participación directa, es por esto que, a través de la RSC, las empresas pueden ayudar a cumplir los diferentes ODM. Implementar los diferentes conceptos explicados, requiere de un mayor Capital humano, es decir, lo que fue definido en los años 50 como un conjunto de habilidades, destrezas, experiencia, know-how y conocimientos del personal que trabaja en una organización. En el presente trabajo de investigación, se analizan los tipos de Capital humano, es decir, el Valor del Capital humano y la Singularidad del Capital humano y su beneficio al logro de ventajas competitivas en las empresas que, al final, son el recurso esencial para implementar los cambios organizacionales para adaptarse al entorno actual. Por lo tanto, en este, estudio se propone un modelo de hipótesis que analiza las relaciones entre el Cumplimiento de los ODM, la RSC, la Transformación digital, la Industria 4.0 y el Capital humano y los Resultados empresariales que se generan como beneficios por la implementación y desarrollo de las variables especificadas dentro de las empresas. El modelo de hipótesis se ha contrastado con una muestra de 150 directivos con cargos como Director de Operaciones/producción, Director de RRHH, Director de RSC, Director de Logística y Director de Tecnología, debido a que son las personas con los conocimientos en los diferentes temas de interés en la temática de esta tesis. Como características adicionales, las empresas son de diferentes sectores de la economía y tamaños, con el fin de incluir en el estudio las percepciones desde las diferentes características organizacionales. La metodología para el contraste de hipótesis utilizada es Partial Least Squares (PLS), que emplea las Ecuaciones Estructurales, para lo cual, se utilizó el software SmartPLS 3.0. En cuanto a los resultados obtenidos, se pudo observar una relación positiva entre las diferentes variables, Cumplimiento de los ODM, RSC, Transformación digital, Industria 4.0 y Capital humano, dando a entender que se pueden lograr mayores Resultados empresariales por su implementación en las empresas. Sin embargo, las relaciones que demostraron en el estudio empírico efectos negativos directos son las relaciones entre la Transformación digital y la Industria 4.0, la Transformación digital y Resultados empresariales, el Cumplimiento de los ODM y los Resultados empresariales, el Capital humano y la Industria 4.0 y el Capital humano y los Resultados empresariales. No obstante, estas relaciones lograron efectos positivos a través de la RSC. En el caso específico de la relación entre el Cumplimiento de los ODM y la RSC, fue necesaria la intermediación de la variable Capital humano para lograr efectos positivos. Al final del estudio, se relacionan las conclusiones de la investigación, entre las cuales, las conclusiones de la revisión de la Literatura y las conclusiones del estudio empírico. Luego, se destacan las contribuciones del trabajo de investigación y las implicaciones para los directivos. Además, se han relacionado las principales limitaciones del estudio y las futuras líneas de investigación en las cuales hay campo de profundización. [ENG] During the 1970s, profound transformations began to take place, driven by process automation and based on advanced electricity and information technologies. This period of transformation was called the "Digital Revolution," associated with the Third Industrial Revolution. Due to increased research and development, new technologies have been invented at a faster pace, accelerating change and, in order to improve productivity in companies, education, health, etc. This has led to a new period of transformation, characterized by the full adoption of digitization and the capacity for machines to operate autonomously and behave independently, a period of the current era, related to the concept of the Fourth Industrial Revolution or the so-called Industry 4.0. These transformations have been carried out thanks to Digital transformation, since through the evolution of digital tools that enable transformation processes, the last two revolutions have been able to take place. However, Digital transformation is not only the implementation of technologies such as Blockchain, Big Data, Artificial Intelligence, Machine Learning, Deep Learning, the Internet of Things, and Cloud Computing, it requires a profound change in organizational thinking so that it can be embraced internally from top management to employees, suppliers, and customers. Another concept of interest for this Doctoral Thesis is Corporate Social Responsibility (CSR). According to some academics, the concept emerged in the 1930s and 1940s when the social performance of corporations began to be taken into account. CSR is becoming increasingly important, as it includes different aspects of relevance for different stakeholder, such as the environment, human rights, and the country's economy. Regarding the Millennium Development Goals (MDGs), they were established by the member countries of the United Nations (UN) at the beginning of the 2000s, with the aim of jointly combating extreme poverty, inequality, infant and maternal mortality, and striving for the improvement of universal health and education through a global alliance for development. In order to achieve this, the business sector was included as a key actor with direct participation. That is why, through CSR, companies can help to achieve the different MDGs. Implementing the different concepts explained requires a greater Human capital, which was defined in the 1950s as a set of skills, abilities, experience, know-how, and knowledge of the personnel working in an organization. In this research study, the types of human capital are analyzed, specifically the Value of Human capital and the Uniqueness of Human capital, and their benefit in achieving competitive advantages in companies, which are ultimately the essential resource for implementing organizational changes to adapt to the current environment. Therefore, this study proposes a hypothesis model that analyzes the relationships between the achievement of the MDGs, CSR, Digital transformation, Industry 4.0, Human capital, and the Firm performance generated as benefits from the implementation and development of the specified variables within companies. The hypothesis model was tested with a sample of 150 executives in positions such as Operations/Production Director, HR Director, CSR Director, Logistics Director, and Technology Director, as they are the individuals with knowledge in the different areas of interest in the topic of this thesis. As additional characteristics, the companies come from different sectors of the economy and are of diverse sizes, in order to include in the study perceptions from different organizational characteristics. The methodology used to test the hypothesis is Partial Least Squares (PLS), which employs Structural Equations, for which SmartPLS 3.0 software was used. With regard to the results obtained, a positive relationship was observed between the following variables: achievement of the MDGs, CSR, Digital transformation, Industry 4.0, and Human capital. However, the relationships that showed negative direct effects in the empirical study were between Digital Transformation and Industry 4.0, Digital Transformation and Firm performance, achievement of the MDGs and Firm performance, Human Capital and Industry 4.0, and Human Capital and Firm performance. Notwithstanding, these relationships achieved positive effects through CSR intermediation. In the specific case of the relationship between achievement of the MDGs and CSR, the Human capital variable was necessary to achieve positive effects. At the end of the study, the conclusions of the research are related, including the conclusions of the Literature Review and the conclusions of the empirical study. Then, the contributions of the research work and its implications for managers are highlighted. In addition, the main limitations of the study and future lines of research have been identified. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Ciencias Económicas, Empresariales y Jurídicas

Botnets pose a significant and growing risk to modern networks. Detection of botnets remains an important area of open research in order to prevent the proliferation of botnets and to mitigate the damage that can be caused by botnets that have already been established. Botnet detection can be broadly categorised into two main categories: signature-based detection and anomaly-based detection. This paper sets out to measure the accuracy, false-positive rate, and false-negative rate of four algorithms that are available in Weka for anomaly-based detection of a dataset of HTTP and IRC botnet data. The algorithms that were selected to detect botnets in the Weka environment are J48, naïve Bayes, random forest, and UltraBoost. The dataset was generated using a realistic network environment by The University of New South Wales, Canberra. The findings showed that botnet behaviours from the selected dataset could be detected by Weka with a high degree of accuracy and low false-positive rate. With all features included, the random forest algorithm was found to achieve the highest accuracy with 96.70%, and the algorithm that attained the lowest false-positive rates was also random forest with 0.008. With a reduced feature set of IP addresses and ports, the random forest algorithm attained the highest accuracy and precision and lowest false-positive rate. With only information regarding packets per second being sent and received, J48 was this time the most accurate with its predictions and attained the highest precision.

[SPA] La Cuenca del Río Segura, localizada en el Sureste de España, es un área semiárida donde las necesidades hídricas del sector agrícola superan el 80 % del uso total del agua disponible. En esta cuenca considerada la “huerta de Europa”, las sequías son recurrentes por ello la gestión sostenible del uso del agua representa un reto a alcanzar. En este sentido, el aumento de fiabilidad en la estimación de la evapotranspiración real (ETreal) se vería traducido en un mayor conocimiento de la necesidad hídrica real del cultivo, y por consiguiente en un uso más racional del agua, siendo por tanto el principal objetivo de la presente Tesis. La información necesaria para alcanzar este objetivo, ha sido obtenida en su mayor parte desde satélite; valiosa fuente de información que permite derivar componentes del balance hídrico. Desde observaciones multiescala se pueden identificar las zonas regadas con problemas de estrés hídrico, sus necesidades de riego, y realizar por tanto recomendaciones acertadas de volúmenes de riego. En la presente Tesis, se han propuesto y desarrollado metodologías en base a imágenes satélites que han sido validadas con datos al suelo desde torres de medida de flujo (mediante la técnica Eddy Covariance), permitiendo una estimación espacio-temporal de la ETreal a distintas escalas temporales y espaciales. Primeramente se abordó un análisis a escala de parcela o distrito de riego, centrándose el área de estudio en el Campo de Cartagena. El método aplicado consistió en una aproximación gráfica basado en la ecuación de Priestley-Taylor (PT), donde condiciones no limitantes del agua y de suelo seco fueron definidas por la temperatura superficial (LST) y el índice de vegetación (VI) Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), ambos obtenidos mediante teledetección. Utilizando mediciones de ETreal e imágenes Landsat 5-TM en un área regada, se realizó un análisis de sensibilidad de las distribuciones espaciales de ETreal para el período 2009-11 con respecto a: (i) la forma (trapezoidal o rectangular) del espacio LST versus VI; y (ii) el valor del coeficiente PT (α). Los resultados de la validación fueron satisfactorios. Ambas formas proporcionaron resultados similares en la estimación de ETreal, con un error cuadrático medio (RMSE) ~30 W/m2 y una diferencia relativa ~10 % con respecto a las observaciones basadas en las torres de medida. El mejor ajuste con datos medidos fue para α cercano a 1, un valor algo diferente del valor comúnmente utilizado de 1.27, lo que indica que podría producirse un error sustancial al usar este último valor. En segundo lugar, se afronta un análisis a escala de cuenca hidrográfica más apropiado en estudios y modelos hidrológicos orientados a planificación de recursos hídricos, y usos agrícolas, pues éstos exigen el conocimiento de largas series temporales de ETreal empleando escenarios dinámicos relacionados con el uso del suelo o el cambio climático. Esta información a escala mensual y de cuenca hidrográfica permite la mejora de series temporales hidrológicas, uno de los objetivos buscados por la política del agua de la Unión Europea. En este sentido, a nivel europeo se pretende incentivar la contabilidad del agua a escala de cuenca, como herramienta para determinar ahorros potenciales de agua y homogeneizar resultados para ser comparados entre territorios y periodos. Debido a ello, con el propósito de integrar ETreal en un sistema de contabilidad hídrica, se empleó un método basado en un ajuste de regresión no lineal, usando para ello el IV Enhanced Vegetation Index (EVI) provisto por el sensor MODIS a bordo de la plataforma TERRA, datos de temperatura del aire para la estimación de la ETo, y observaciones de ETreal, proporcionando estimaciones mensuales y a escala de cuenca. Los resultados fueron validados con datos al suelo desde torres de medida de flujos, mostrando un error inferior a un 15 % y un RMSE inferior a 0.5 mm/d (mensual). Con esta información, se completaron balances hídricos en el marco de la implantación del sistema SEEA-Water de Naciones Unidas para toda la Demarcación del Río Segura, diseñándose una herramienta que combina la información hidrometeorológica necesaria desde distintas fuentes. De este modo, constituye una metodología innovadora para la incorporación de datos hidrometeorológicos agregando diferentes redes de medición. A modo de aplicación, en esta Tesis se detallan únicamente los resultados referentes a en la cuenca alta del Río Segura, donde se localizan y generan las reservas más importantes de la cuenca. y validación para diferentes condiciones de cobertura vegetal. Se destaca la dificultad en la aplicación de la metodología SEEA-Water de las cuentas del agua a escala de demarcación hidrográfica, dada la falta de datos y la integración de diferentes fuentes de información y escalas espacio-temporales de trabajo. Sin embargo, quedan por resolver incertidumbres relacionadas con otras variables así como la integración de diferentes fuentes de información y escalas espacio-temporales de trabajo. En este sentido se debe hacer un esfuerzo, que permita llegar a un equilibrio entre lo establecido en la Directiva Marco de Aguas y la disponibilidad real de la información requerida. [ENG] The Segura River Basin, located in the Southeast of Spain, is a semi-arid area where water need of agricultural sector exceed 80 % of the total use of available water. In this basin, which is considered the "orchard of Europe", droughts are frequent, so the sustainable management of water use represents a challenge to be achieved. In this sense, the increase of reliability in the estimation of the actual evapotranspiration (ETact), would be reflected in a better knowledge of the crop water requirements, and consequently in a more rational use of agricultural water resources, which is one of the main objectives of this Thesis. The necessary information to achieve this objective have been obtained mostly from satellite, which is known to be a valuable source of information for retrieving the components of land energy and water balance. From multiscale observations, it can be identified irrigated areas with water stress problems, their irrigation needs, and therefore, it could provide accurate recommendations for irrigation scheduling. In this Thesis, methodologies have been proposed and developed based on satellite images, which have been validated from ground truth using flux towers and the Eddy-Covariance technique, allowing estimation of ETact at different temporal and spatial scales. Firstly, an analysis was carried out at the scale of the irrigation plot or district. The applied method consisted of a graphical approximation based on the Priestley-Taylor (PT) equation, where non-limiting conditions of water and dry soil were defined by the surface temperature (LST) and a vegetation index (VI) Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), both obtained by remote sensing. Using ET measurements from flux towers, and Landsat 5-TM images in a irrigated area, a sensitivity analysis of ETact spatial distributions was performed for the period 2009-11 with respect to: (i) the form (trapezoidal or rectangular) of the LST-VI space; and (ii) the value of the PT coefficient (α). The results from ground truth validation were satisfactory, both shapes providing similar performances in estimating ETact, with root mean square error (RMSE) ~30 W/m2 and relative difference ~10 % with respect to tower-based measurements. Importantly, the best fit with ground data was found for α close to 1, a somewhat different value from the commonly used value of 1.27, indicating that substantial error might arise when using the latter value. Secondly, an analysis at the hydrographic basin scale is, more appropriate in hydrological and agricultural studies and models, but requires the knowledge of long time series of ETact using dynamic scenarios related to land use or climate change. This information at a monthly scale and in a watershed allows for the improvement of hydrological time series, the purpose of the European Union's water policy. In this sense, at European level the water accounting is pretended to encourage, as a tool to determine potential water savings and homogenize results to be compared between territories and periods. Therefore, with the purpose of integrating ETact in a water accounting system, a method based on a nonlinear regression adjustment was used, which uses the IV Enhanced Vegetation Index (EVI) provided by the MODIS sensor on board the platform TERRA, air temperature data for the estimation of ETo, and observations of ETact, provided monthly and basin scale estimates. The results were validated with soil data from flow measurement towers, showing an error of less than 15 % and an RMSE of less than 0.5 mm/d (monthly). With this information, water balances were filled out within the framework of the implementation of the United Nations SEE-Water system, for the entire Segura River Demarcation, designing a tool that combines different hydrometeorological information necessary for the completion of water balances. In this way, it constitutes an innovative methodology for the incorporation of hydrometeorological data by the integration of different measurement networks. However, this thesis only details the results respect to the upper basin of the Segura River, where the most important stocks of the basin are located and generated. Finally, it is emphasized that obtaining reliable estimates of ETact for different vegetal coverage conditions by means of large-scale satellite data is a difficult objective to achieve given the multitude of variables involved in this process. To which must be added the scarcity of ground true data for its contrast under different environmental conditions. The difficulty in the implementation of SEEA-Water methodology of water accounting at basin scale, is justified by the unavailability of all data at the spatio-temporal scale Abstract required. However although there are still unresolved uncertainties related to other variables and the integration of different sources of information and spatio-temporal scales of work. Therefore, an effort must be made in this sense, which allows achieving a balance between what is established in the Water Framework Directive and the actual availability of the required information. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa Doctorado en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario

Fog computing is a promising approach in the context of the Internet of Things (IoT) as it provides functionality and resources at the edge of the network, closer to end users. This thesis studies the performance of fog computing in the context of latency sensitive IoT applications. The first issue addressed is the mathematical modeling of an IoT-fogcloud system, and the performance metrics of the system in terms of energy consumed and latency. This modeling will then allow us to propose various effective strategies for content distribution and resource allocation in the fog and the cloud. The second issue addressed in this thesis concerns the distribution of content and object data in fog / cloud systems. In order to simultaneously optimize offloading and system resource allocation decisions, we distinguish between two types of IoT applications: (1) IoT applications with static content or with infrequent updates; and (2) IoT applications with dynamic content. For each type of application, we study the problem of offloading IoT requests in the fog. We focus on load balancing issues to minimize latency and the total power consumed by the system.; Le Fog Computing constitue une approche prometteuse dans le contexte de l’Internet des Objets (IoT) car il fournit des fonctionnalités et des ressources à l’extrémité du réseau, plus près des utilisateurs finaux. Cette thèse étudie les performances du Fog Computing dans le cadre des applications IoT sensibles à la latence. La première problématique traitée concerne la modélisation mathématique d’un système IoT-fog-cloud, ainsi que les métriques de performances du système en termes d’énergie consommée et de latence. Cette modélisation nous permettra par la suite de proposer diverses stratégies efficaces de distribution de contenu et d’allocation des ressources dans le fog et le cloud. La deuxième problématique abordée dans cette thèse concerne la distribution de contenu et de données des objets dans des systèmes fog/cloud. Afin d’optimiser simultanément les décisions d’offloading et d’allocation des ressources du système, nous distinguons entre deux types d’applications IoT : (1) applications IoT à contenu statique ou avec des mises à jour peu fréquentes ; et (2) applications IoT à contenu dynamique. Pour chaque type d’application, nous étudions le problème d’offloading de requêtes IoT dans le fog. Nous nous concentrons sur les problèmes d'équilibrage de charge afin de minimiser la latence et l’énergie totale consommée par le système.