Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την ανάπτυξη μιας καινοτόμου μεθοδολογίας για την βελτιστοποίηση τόσο του σχεδιασμού όσο και της λειτουργίας βιομηχανικών εγκαταστάσεων. Η μεθοδολογία αυτή βασίζεται στη χρήση δυο μεθόδων Τεχνητής Νοημοσύνης (Έμπειρων Συστημάτων και Γενετικών Αλγόριθμων) για τη δημιουργία ενός λογισμικού το οποίο λαμβάνοντας από το χρήστη στοιχεία σχετικά με τα κριτήρια σχεδιασμού (ή ανασχεδιασμού) μιας διεργασίας καθώς και για τις συνθήκες λειτουργίας της θα εξαγάγει τόσο τις βέλτιστες διαθέσιμες τεχνολογίες για τη διεργασία αυτή όσο και τις βέλτιστες συνθήκες λειτουργίες των επιλεχθεισών τεχνολογιών. Προκειμένου να λειτουργήσει η αναπτυχθείσα μεθοδολογία πέρα από τα στοιχεία τα οποία παρέχει ο χρήστης είναι απαραίτητη η ύπαρξη μιας βάσης δεδομένων η οποία θα περιέχει τις διαθέσιμες τεχνολογίες οι οποίες είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν για τη συγκεκριμένη διεργασία, δηλαδή όλα τα τμήματα εξοπλισμού που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διεργασία αυτή. Οι βέλτιστες διαθέσιμες τεχνολογίες, τις οποίες η μεθοδολογία επιλέγει από αυτή τη βάση δεδομένων, είναι τα τμήματα του εξοπλισμού εκείνα τα οποία πληρούν με τον καλύτερο δυνατό τρόπο τα κριτήρια σχεδιασμού της διεργασίας. Για την εύρεση των βέλτιστων τεχνολογιών για μια διεργασία για κάθε διαθέσιμη τεχνολογία πρέπει να λαμβάνονται υπόψη και τα εκτιμώνται: τεχνικά κριτήρια όπως τα όρια λειτουργίας της, η ολοκλήρωσή της στη διεργασίας (δηλαδή η διασύνδεσή της με άλλες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στην ίδια διεργασία), οικονομικά κριτήρια όπως το κόστος εγκατάστασης, το κόστος λειτουργίας, ή / και το κόστος συντήρησης, περιβαλλοντικά στοιχεία όπως οι εκπομπές ρύπων, παραπροϊόντα. Η απαίτηση για ταυτόχρονη ικανοποίηση όλων αυτών των κριτηρίων καθιστά την εύρεση των βέλτιστων διαθέσιμων τεχνολογιών ένα περίπλοκο πρόβλημα για την επίλυση του οποίου απαιτείται εξειδικευμένη γνώση. Στην αναπτυχθείσα μεθοδολογία η γνώση αυτή καταχωρείται με κατάλληλο τρόπο στο σύστημα και κατά συνέπεια με τη χρήση του είναι δυνατόν ακόμη μη εξειδικευμένα άτομα να βρουν τις βέλτιστες διαθέσιμες τεχνολογίες (και τις βέλτιστες παραμέτρους λειτουργίας του). Η αναπτυχθείσα μεθοδολογία εφαρμόστηκε σε τρία προβλήματα ανασχεδιασμού του συστήματος συμπαραγωγής ενέργειας ενός διυλιστηρίου. Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις εφαρμογές αυτές γίνεται φανερό ότι η μεθοδολογία καταλήγει σε βέλτιστες λύσεις του προβλήματος για τις εκάστοτε συνθήκες και ότι ο αλγόριθμος της μεθοδολογίας είναι ιδιαίτερα εύρωστος υπό την έννοια ότι η σύγκλισή του δεν επηρεάζεται από τις τιμές των παραμέτρων που χρησιμοποιούνται για την εκτέλεσή του. / The thesis at hand deals with the development of a novel methodology for the optimisation of both the design and the operation of industrial plants. The methodology is based on two Artificial Intelligence techniques (Expert Systems and Genetic Algorithms) for the development of a software which, given from the user data related to the design criteria of the process, as well as the conditions of operation of the process, it will output both the best available technologies for that process as well as the optimal working conditions of the selected technologies. Apart from the data provided from the user, the methodology requires also a database which should contain the available technologies which can be used for the process at hand. These technologies are the various components of the equipment which can be used for the process. The best available technologies which are selected by the methodology from the database are those components which satisfy in the best possible way the design criteria. For the identification of the best technologies for a process the methodology assess (for each of the available techonologies): technical criteria such range of operation, its integration to the whole process (i.e. its connectivity with other technologies used in the process), financial criteria such as the cost of installation, the cost of operation and or the cost of maintenance, environmental criteria such as emissions of various pollutants, side products etc. The requirement of the simultaneous satisfaction of these criteria makes the identification of the best available technologies a complex problem which requires specific knowledge (expertise) in order to be solved. In the developed methodology this specific knowledge (expertise) is stored in a proper way in the system and therefore it is possible that even not-expert users of the system to identify the best available technnologies (and the best working conditions of the selected technologies). The developed methodology was applied to three problems of re-design of the cogeneration plant of a refinery. From the results obtain from these applications it is evident that the methodology converges to near optimal solutions for the criteria set each time and that the algorithm of the methodology is robust since its convergence is not affected by the value set for the algorithm's parameters during each of the runs.

- / -

- / -

The purpose of this study was to investigate whether it is possible to create the ITV using a reduced set of 4DCT phases. Methods: Ten lung cancer patients were identified who had received 4DCT imaging as part of their treatment simulation, and who had a noticeable tumor motion. For each patient, a GTV was drawn on the exhale phase, based on the original physician-drawn ITV (our clinical practice is for the physician to directly draw the ITV based using the 4DCT images). This GTV was then propagated to the other phases of the 4DCT using a commercial image registration package (MIMVista, Cleveland OH). 4 different ITVs were created using N phases closest to exhale (N=1-10). For each ITV contour a RapidArc plan was created on the exhale phase CT, normalized so that the 95% isodose line covered at least 95% of the ITV. Each plan was applied to each CT phase (1-10), and the doses deformably mapped to the exhale phase. The effect of the motion was quantified in terms of the dose to the 95% of the target on the exhale phase (D95). The change in these parameters as N was reduced from 10 was calculated. Also, the difference in the 3D calculations of the original plans and the 4D calculations was noted as a function of N. Results: Differences in 3D and 4D dose calculations varied from 3% to 14% with an average of 7% for ITV_10/10. For 9 out 10 of ten patients we can have less than 5% reduction in the D95 by using ITV_8/10. For 3 out of ten patients we can have less than 5% reduction in the D95 by using ITV_7/10 and for 1 out of 10 patients we can patients we can have less than 5% reduction in the D95 by using ITV_6/10. Conclusions: No rule for reducing ITV works for all patients. Some reduction (8/10 phases) is possible for most of the patients but not all and also the volume reduction is small. Therefore what we are currently doing is reasonable. 4D dose calculations give different DVHs to 3D also shown by other groups. Reduction in ITV volume is possible for some patients (e.g. patient 2 17% reduction), but 4D dose calculation is necessary. / Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι να ερευνήσουμε εάν είναι εφικτή η δημιουργία ενός ITV το οποίο θα αποτελείται από μειωμένες φάσεις του 4DCT. Μέθοδοι: Για την εργασία χρησιμοποιήθηκαν δέκα ασθενείς με διαγνωσμένο καρκίνο του πνεύμονα οι οποίοι είχαν λάβει 4DCT σαν μέρος της εξομοίωσης τής θεραπείας τους. Για κάθε ασθενή ένα GTV σχεδιάστηκε στην φάση της εκπνοής του 4DCT. To συγκεκριμένο GTV τοποθετήθηκε ανάλογα και στις υπόλοιπες φάσεις του 4DCT χρησιμοποιώντας ειδικό λογισμικό με δυνατότητες ‘deformable registration’ (MIMVista, Cleveland OH). 4 διαφορετικά ITVs δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας Ν φάσεις πλησιέστερα στην εκπνοή (Ν=1-10). Για κάθε ITV ενα πλάνο VMAT δημιουργήθηκε στην φάση της εκπνοής, και κανονικοποιήθηκε ώστε το 95% του στόχου να παίρνει τουλάχιστον 95% της δόσης. Κάθε πλάνο εφαρμόστηκε σε όλες τις υπόλοιπες φάσεις του 4DCT και η αθροιστική δόση που παίρνει το GTV από όλο τον αναπνευστικό κύκλο υπολογίστηκε στη φάση της εκπνοής. Το πόσο επηρεάζει η κίνηση υπολογίστηκε με όρους δόσης στο 95% του στόχου πάνω στην φάση της εκπνοής (D95). Επίσης η διαφορά μεταξύ των 3D και των 4D υπολογισμών δόσης υπολογίστηκε σαν συνάρτηση του Ν (Ν=1-10). Αποτελέσματα: Παρατηρήθηκαν διαφορές στους 3D και 4D υπολογισμούς δόσης από 3% έως 14% με μέσο όρο 7% για το ITV_10/10. Σε 9 από τους 10 μπορούμε να πετύχουμε μείωση μικρότερη του 5% στο D95 χρησιμοποιώντας το ITV_8/10. Σε 3 από τους 10 ασθενείς μπορούμε να πετύχουμε μείωση μικρότερη του 5% στο D95 χρησιμοποιώντας το ITV_7/10 και για 1 από τους 10 ασθενείς μπορούμε να πετύχουμε μείωση μικρότερη το 5% στο D95 χρησιμοποιώντας το ITV_6/10. Συμπεράσματα: Δεν υπάρχει γενικός κανόνας για την μείωση του ITV για όλους τους ασθενείς. Συνιστάται εξατομίκευση θεραπείας. Η μείωση των φάσεων σε 8 από 10 φαίνεται αποτελεσματική για τους περισσότερους αλλά όχι όλους τους ασθενείς. Η μείωση του όγκου που προκύπτει είναι σχετικά μικρή. Η τρέχουσα πρακτική στην κλινική εφαρμογή φαίνεται και λογική και αποτελεσματική.

- / -

Περιληπτικά, στη συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή μελετήθηκαν οι θεωρίες της βελτιστοποίησης και των κατανεμημένων αλγορίθμων με σκοπό την χρήση τους σε ένα διομότιμο σύστημα σύγχρονου διαμοιρασμού αντικειμένων. Επιπλέον μελετήθηκε το περιβάλλον και οι συνθήκες λειτουργίας ενός τέτοιου συστήματος. καθώς και τα χαρακτηριστικά του. Αποτέλεσμα της μελέτης αυτής είναι η εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τις απαιτήσεις που πρέπει να πληρούνται κατά τη δημιουργία ενός διομότιμου συστήματος σύγχρονου διαμοιρασμού αντικειμένων και οι τεχνικοί στόχοι που πρέπει αυτό να ικανοποιεί. Με αυτά τα κριτήρια σχεδιάστηκε η αρχιτεκτονική του συστήματος και ορίστηκαν τα προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν. Για την λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος ορίστηκαν οι ακόλουθες απαιτήσεις: • Μεγιστοποίηση της χρήσης από το σύστημα του διαθέσιμου εύρους ζώνης των συμμετεχόντων κόμβων. Φυσικά, οι κόμβοι έχουν ετερογενείς τιμές του διαθέσιμου εύρους ζώνης και, μάλιστα, με μεγάλη διασπορά. • Ελαχιστοποίηση της καθυστέρησης από τη στιγμή δημιουργίας ενός αντικειμένου μέχρι τον διαμοιρασμό του σε κάθε συμμετέχοντα κόμβο. • Ομοιόμορφη διαρκής κατανομή του συνολικού εύρους ζώνης του συστήματος στους συμμετέχοντες κόμβους. • Ανεκτικότητα του συστήματος στη δυναμική συμπεριφορά των χρηστών που προκαλείται από εισόδους και εξόδους των χρηστών στο σύστημα σε μη προκαθορισμένες χρονικές στιγμές. • Ικανότητα κλιμάκωσης του συστήματος σε αριθμό συμμετεχόντων χρηστών κάτι που επάγει την κατανεμημένη διαχείριση του συστήματος. • Προσαρμογή του σχεδιαζόμενου συστήματος στην κίνηση του δικτύου στο οποίο αυτό επικάθεται και ανεκτικότητά του στις μεταβολές του εύρους ζώνης των συμμετεχόντων κόμβων. • Ελαχιστοποίηση του φορτίου το οποίο εισάγει η λειτουργία του συστήματος στο δίκτυο. Για τη λειτουργία του προτεινόμενου συστήματος απαιτείται η δημιουργία ενός γράφου διασύνδεσης. Ως γράφος διασύνδεσης ορίζεται ο γράφος που προκύπτει αν κάθε κόμβος συνδεθεί με ένα μικρό υποσύνολο των συμμετεχόντων κόμβων που ονομάζονται και γείτονες του κόμβου. Για την ικανοποίηση των προαναφερθεισών απαιτήσεων. μελετήθηκαν τα χαρακτηριστικά του γράφου διασύνδεσης και προέκυψε ότι κάθε κόμβος: α) πρέπει να έχει γείτονες με όσο το δυνατόν μικρότερη δικτυακή καθυστέρηση μεταξύ τους, β) πρέπει να έχει αριθμό εξερχόμενων συνδέσεων ανάλογο με το εύρος ζώνης του, γ) οι συνδέσεις αυτές πρέπει να κατανέμονται ομοιόμορφα στους συμμετέχοντες κόμβους για την ικανοποίηση των αναγκών όλων των κόμβων, δ) οι κόμβοι με σχετικά μεγάλο εύρος ζώνης πρέπει να ομαδοποιούνται στο γράφο με σκοπό την γρήγορη αρχικά διάχυση του αντικειμένου και ε) ο γράφος διασύνδεσης πρέπει να αναδιατάσσεται δυναμικά έτσι ώστε να διατηρεί τις ιδιότητες αυτές στο δυναμικό δικτυακό περιβάλλον που επικάθεται και για δυναμική συμπεριφορά των συμμετεχόντων κόμβων. Για την ικανοποίηση αυτών των τεχνικών στόχων αναπτύχθηκε μία δομή του γράφου που ικανοποιεί αυτά τα χαρακτηριστικά. Η βελτιστοποίηση του γράφου γίνεται μέσω αλγορίθμων κατά την λειτουργία των οποίων κάθε κόμβος επιλέγει περιοδικά ένα τυχαίο κόμβο ο οποίος είναι γείτονάς του στον γράφο διασύνδεσης. Μεταξύ των δύο αυτών κόμβων εκτελείται ανακατανομή των γειτόνων τους με σκοπό την εξισορρόπηση του αριθμού των γειτόνων που κάθε ένας από αυτούς διαθέτει. αλλά και την ελαχιστοποίηση της μέσης καθυστέρησης που έχουν αθροιστικά οι κόμβοι από τους γείτονές τους. Οι αλλαγές στον γράφο διασύνδεσης που προκύπτουν από κάθε εκτέλεση του αλγορίθμου αυτού μεταβάλλουν και τους γείτονες ενός υποσυνόλου κόμβων εκτός των δύο συμμετεχόντων στον αλγόριθμο εναλλαγής. Οι αλλαγές αυτές επιφέρουν άλλες αλλαγές με την σειρά τους και έτσι προκύπτει τελικά ένας γράφος διασύνδεσης όπου κάθε κόμβος έχει τον προκαθορισμένο αριθμό γειτόνων και. παράλληλα. ελαχιστοποιείται το άθροισμα των μέσων δικτυακών καθυστερήσεων που έχουν οι συμμετέχοντες κόμβοι με τους γείτονές τους. Για τον διαμοιρασμό του αντικειμένου ο δημιουργός του το τεμαχίζει σε τεμάχια (μπλοκ). Τα τεμάχια προωθούνται σε ένα πολύ μικρό σύνολο κόμβων και αποτελούν τις λογικές μονάδες δεδομένων που ανταλλάσσονται μεταξύ των κόμβων. Σκοπός είναι ο διαμοιρασμός του κάθε τεμαχίου σε κάθε κόμβο μέσα σε ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα. Για την ανταλλαγή τεμαχίων μεταξύ των γειτόνων του γράφου διασύνδεσης του προς διαμοιρασμού αντικειμένου μεταξύ των συμμετεχόντων κόμβων αναπτύχθηκε ένας Κατανεμημένος Χρονοπρογραμματιστής Ανταλλαγής Τεμαχίων (ΚΧΑΤ). Τεχνικοί στόχοι της ανάπτυξης του ΚΧΑΜ αποτέλεσαν α) ο χρονισμός διαπραγμάτευσης αποστολής τεμαχίων μεταξύ κάθε αποστολέα και παραλήπτη, β) η γρήγορη διάδοση πρόσφατα παραγόμενων τεμαχίων και σπάνιων σε μία γειτονία του γράφου διασύνδεσης (τεμάχια που δημιουργήθηκαν μεταγενέστερα από άλλα ευνοούνται από το χρονοπρογραμματιστή αρχικά για την επιτυχή και γρήγορη διάδοσή τους σε μία κρίσιμη μάζα από κόμβους), γ) η τροφοδότηση όλων των κόμβων με ομοιόμορφο και σταθερό ρυθμό, δ) η προτεραιότητα σε κόμβους με μεγάλο εύρος ζώνης, ε) η αποφυγή μετάδοσης του ίδιου τεμαχίου από δύο αποστολείς προς τον ίδιο παραλήπτη και στ) η αποφυγή μιας κατάστασης όπου αποστολέας και παραλήπτης δεν έχουν τεμάχια προς ανταλλαγή. Ο χρονισμός του ΚΧΑΜ που αναπτύχθηκε αποτελείται από τρείς φάσεις. Στην πρώτη φάση που εκτελείται περιοδικά από κάθε αποστολέα εκδίδεται και αποστέλλεται στους πιθανούς παραλήπτες ένα σύνολο από «κουπόνια» μεγέθους ανάλογου με το εύρος ζώνης του αποστολέα. Στη δεύτερη φάση ο εκάστοτε παραλήπτης ζητά προκαταβολικά ένα τεμάχιο στην περίπτωση που επιλεγεί από τον αποστολέα για μετάδοση τεμαχίου. Στην τρίτη φάση ο αποστολέας επιλέγει τον παραλήπτη ακριβώς πριν την μετάδοση κάθε τεμαχίου και αποστέλλει το τεμάχιο που έχει ζητηθεί. Ο αλγόριθμος ο οποίος προτείνεται για τη δημιουργία κουπονιών έχει ως στόχο τη μεγιστοποίηση της χρήσης του εύρους ζώνης όλων των κόμβων και την ικανοποίηση των αναγκών κάθε συμμετέχοντα κόμβου. Είναι αυτός που, στην ουσία, καθορίζει τις ροές δεδομένων μεταξύ των γειτόνων του γράφου διασύνδεσης. Η χρησιμότητά του αναδεικνύεται σε περιπτώσεις όπου ο ρυθμός αναπαραγωγής του προς διαμοιρασμό αντικειμένου είναι παρόμοιος με το μέσο εύρος ζώνης του συστήματος. Οι απαιτήσεις του αλγορίθμου ζήτησης τεμαχίων μοντελοποιούνται μέσω της γραμμικής βελτιστοποίησης και διασφαλίζεται η γρήγορη και αποτελεσματική διάχυση των τεμαχίων ελαχιστοποιώντας την ύπαρξη ανενεργών πόρων. Τέλος, ο αλγόριθμος επιλογής γείτονα είναι αυτός που ρυθμίζει την ομοιόμορφη κατανομή του εύρους ζώνης στους συμμετέχοντες κόμβους, αλλά και δίνει προτεραιότητα στους κόμβους με μεγάλο εύρος ζώνης έτσι ώστε να επιτευχθεί ο γρήγορος διαμοιρασμός κάθε τεμαχίου και η ελαχιστοποίηση της καθυστέρησης του συστήματος. Η αξιολόγηση της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής, της τοπολογίας του γράφου διασύνδεσης και του ΚΧΑΜ, έγινε μέσω προσομοίωσης σε προσομοιωτή δικτυακών συστημάτων. Μοντελοποιήθηκε το εύρος ζώνης των συμμετεχόντων κόμβων και δικτυακές καθυστερήσεις χρησιμοποιώντας πραγματικά δεδομένα από διομότιμα συστήματα.. Το σύστημα που αναπτύχθηκε μοντελοποιήθηκε πλήρως σε επίπεδο πακέτου. Εξετάστηκαν αρκετά σενάρια αξιολόγησης του συστήματος τα οποία, μεταξύ άλλων, περιλαμβάνουν, ευαισθησία του συστήματος σε παραμέτρους των προτεινόμενων αλγορίθμων, δυναμικά σενάρια όσον αφορά τη συμπεριφορά των χρηστών και του δικτύου και σενάρια εύρεσης των ορίων του προτεινόμενου συστήματος. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων έδειξε ότι ικανοποιούνται οι απαιτήσεις που τέθηκαν για τη δημιουργία του συστήματος, καθώς και βελτίωση της συμπεριφοράς του συστήματος σε σχέση με αντίστοιχα συστήματα της διεθνούς βιβλιογραφίας με τα οποία συγκρίθηκε. / Peer-to-peer live streaming is a network application, where peers (users) contribute their upload bandwidth for the real time distribution of a video stream. The objective of this work is the optimization of this data diffusion with a distributed and self-organized architecture. Peers have heterogeneous and dynamic uploading bandwidth. This fact combined with the characteristics of the topology of the underlying network and the dynamic traffic conditions e.g. latency create a volatile and complex environment for P2P live streaming delivery, which strongly affect the success of a P2P system measured by a number of performance metrics. The first important factor is the uploading bandwidth utilization that corresponds to the ability of the system to exploit as much as possible of the overall uploading bandwidth of the participating peers. The maximization of the upload bandwidth utilization increases the video playback delivery rate and ensures the stability of the distribution. Equally important parameter is the setup time defined as the time interval between the generation of a block from an origin server and its delivery to every peer in the system. Furthermore, a P2P live streaming system has to remain stable and its delivery rate must remain high in a dynamic environment, where peers arrive and depart randomly. .Finally, fairness among nodes indicates the ability of the system to distribute continuously and uniformly the aggregate uploading bandwidth to the participating peers. This ensures that every peer will acquire a percentage of blocks above a critical threshold for an “affordable” video playback regardless the aggregate uploading bandwidth is not sufficient for the complete delivery of the video stream. For the development of the proposed system is required the creation of a content diffusion overlay (CDO). For every peer, CDO defines the graph which includes the subset of adjacent participating peers (neighbors) that are connected with it. For the fulfillment of the aforementioned requirements CDO must ensure the following features: • Each peer must have neighbors close to it in the underlying network. • The number of the neighbors has to be proportional to its upload bandwidth. • The number of the neighbors from which each peer receives data has to be balanced among participating peers. • In the CDO, peers with high upload bandwidth must be clustered for the fast diffusion of each video block to a critical mass of peers. • The CDO has to be adapted dynamically according to the underlying network conditions and the behavior of the participating peers. The optimization of the CDO and the fulfillment of these technical objectives is done with the use of a distributed optimization and maintenance algorithm (DOMA) that reorganizes the “neighborhoods” of CDO and so it keeps almost stable the attributes of the graph during peer arrivals and departures. It also ensures the high levels of bandwidth utilization. The algorithm based on a cost function, denoted as energy function between two nodes and can represent for example the network latency between two nodes. DOMA is executed between two neighbors that we note as initiators and their neighbors that we called satellites. Its purpose is to minimize the sum of the energy functions between initiators and satellites under the constraints on the number of neighbors that the graph structure implies. In p2p live streaming every user and/or content provider that generates a multimedia block stream is indicated as source. A P2P block exchange scheduling algorithm (P2P-BESA) ensures the distribution of each block to every user and with low latency. P2P-BESA focuses on the following properties: • The consistent message sequence between two peers for the negotiation of the transmission of a video block. • The fast diffusion of blocks that are recently produced. • The transmission of blocks to every peer with a stable and equal rate among the peers. • The prioritization of transmission to peers with relatively high upload bandwidth. • The avoidance of block retransmission. • The avoidance of content bottleneck between two peers. The decision for the transmission of a block is done in three phases. In the first phase, every peer acting as block sender issues tokens periodically proportional with its upload bandwidth. This ensures the maximization of the upload bandwidth of the participating peers and determines the data flows between participating peers. In the second phase, each peer periodically is acting as receiver and requests a different block from each one of its potential senders. As potential senders we define the set of peers that have recently sent a token to it. This algorithm ensures the fast and complete diffusion of every block by also minimizing the idle bandwidth resources in the systems. Finally in the third phase, before the transmission of each block each sender selects the destination peer according to the blocks that it misses and its upload bandwidth capabilities. The evaluation of the proposed system is done with a network simulator. A detailed packet level P2P live streaming simulator models the bandwidth of the participating peers, the network latency between them, peer arrivals and departures and finally dynamic changes in the underlying network. The evaluation of the system shows that: • It achieves very high levels of bandwidth utilization (around 95%) • low latency in the diffusion of its video block (2-4 seconds) • system is almost immune to peer arrivals and departures • very tolerant to underlying network changes Finally the proposed system outperforms when it is compared with other recently proposed systems in the international bibliography.

Ζούμε μια μεταβατική εποχή, που καθορίζεται από τις τεράστιες τεχνολογικές εξελίξεις, τη διεθνοποίηση των αγορών και της γνώσης και την ευκολότερη επικοινωνία των κατοίκων ολόκληρου του πλανήτη σε όλους τους τομείς δραστηριοτήτων τους. Όροι, όπως παγκοσμιοποίηση, συγχωνεύσεις εταιριών, αυξομειώσεις στα μεγέθη των επιχειρήσεων, τεχνολογική πρόοδος, περιγράφουν ποικίλες δυνάμεις στην αγορά εργασίας, οι οποίες μεταβάλλουν τους παραδοσιακούς κανόνες που επί χρόνια έχουν ρυθμίσει την επαγγελματική μας ζωή. Τα νέα τεχνολογικά μέσα μεταβάλλουν ριζικά τον τρόπο διάδοσης των επιστημονικών γνώσεων και των πληροφοριών, επηρεάζοντας, έτσι, και την οργάνωση της εκπαίδευσης, της εργασίας, της παραγωγής. Η εργασία αυτή περιγράφει την παγκοσμιοποίηση στον επιχειρηματικό χώρο και την παρουσιάζει σαν την αιτία για τις αλλαγές στη δομή και τον τρόπο λειτουργίας επιχειρήσεων και οργανισμών, στην προσπάθειά τους να ανταπεξέλθουν στις απαιτήσεις του ανταγωνισμού. Προκύπτει λοιπόν το θέμα της Διοίκησης Αλλαγής, ένας κλάδος σύγχρονος, που αποτελεί αντικείμενο μελέτης επιστημόνων και ειδικών σε ολόκληρο τον κόσμο. Η εργασία αυτή αποτελεί το πρώτο βήμα προσέγγισης του κλάδου της Διοίκησης Αλλαγής μέσα από τεχνικές Πολυκριτήριας Ανάλυσης και Υπολογιστικής Νοημοσύνης, έχοντας σαν στόχο να προτείνει μια μεθοδολογία έρευνας και μελέτης, η οποία θα οδηγήσει στη δημιουργία μοντέλων βελτιστοποίησης διαδικασίας αλλαγής στις επιχειρήσεις. / We are living a transitional period, determined by the enormous technological developments, the globalization of markets and knowledge, and facilitate communication among people throughout the world in all areas of activity. Terms such as globalization, corporate mergers, changes in the size of business,technological progress, describe various forces in the labor market, which change the traditional rules that for years have set up our professional lives. The new technology means fundamentally change the way the dissemination of scientific knowledge and information, impacting so, the organization of education, work and production. This paper describes globalization in business and present it as the reason for the changes in the structure and operation of enterprises and organizations in their efforts to meet the demands of competition. It followed the theme of Change Management, a modern industry, which is the subject of study and individual scientists around the world.This work is the first step approach to Change Management industry through technical Multicriteria Analysis and Computational Intelligence Aiming to propose a research methodology and design, which will create optimization models change process in companies.

Η πρόβλεψη χρονοσειρών και μάλιστα αποτελούμενων από χρηματοοικονομικά δεδομένα έχει αποτελέσει αντικείμενο εκτεταμένης ερευνητικής δραστηριότητας. Στη χρηματοοικονομική επιστήμη, η ανάλυση χρονοσειρών εφαρμόζεται ευρέως για την πρόβλεψη των τιμών των διεθνών και εθνικών χρηματαγορών αλλά και σε εφαρμογές σχετικές με τη διαδικασία πρόβλεψης χρηματοοικονομικών κρίσεων. Η βασική διαφοροποίηση της διατριβής αυτής έγκειται στο αντικείμενο της πρόβλεψης· αντί της επικέντρωσης στην εύρεση της μελλοντικής τιμής μίας χρονοσειράς, οι παραγόμενες προβλέψεις στοχεύουν στον χρονικό εντοπισμό του μελλοντικού σημείου στο οποίο μία χρονοσειρά αναμένεται να βελτιστοποιηθεί τοπικά. Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την εισαγωγή μίας τεχνικής οπισθοδρόμησης η οποία εξομοιώνει διάφορες τεχνικές βελτιστοποίησης. Οι προτεινόμενες παραλλαγές της τεχνικής οπισθοδρόμησης καταλήγουν στη δημιουργία μεθοδολογιών οι οποίες στοχεύουν στην επίλυση προβλημάτων εντοπισμού του χρόνου παρουσίασης του τοπικού μελλοντικού βέλτιστου της εξεταζόμενης χρονοσειράς. Επιπλέον, η τεχνική προσφέρει και μεθοδολογικό πλαίσιο προς εξέταση του ζητήματος της ex ante πρόβλεψης μίας χρηματοοικονομικής κρίσης. Από την επενδυτική σκοπιά, οι πληροφορίες αυτές μπορεί να αποτελέσουν χρήσιμο εργαλείο υιοθέτησης επενδυτικής στρατηγικής και διαχείρισης χαρτοφυλακίου. Τέλος, η εμπειρική έρευνα καταλήγει στην εφαρμογή της προτεινόμενης τεχνικής σε δεδομένα από βασικές χρηματοπιστωτικές αγορές σε παγκόσμια κλίμακα αλλά και στην εγχώρια αγορά. / Time series prediction, especially in the case of financial time series, has attracted major research interest. In finance, time series analysis is applied widely for the purposes of predicting prices of international and national markets; also it is used for the prediction of financial crises. This thesis differences in the prediction’s objective; instead of focusing on the time series’ future price it aims on detecting the future time that the time series is expected to be locally optimized. This thesis introduces a backtracking techniques that integrates elements of specific optimization techniques. The introduced variations of the technique generate methodologies that confront the problem of the chronical allocation of a time series’ local optima. Moreover, the technique provides a methodological frame for the examination of the ex ante prediction of a financial crisis. Under the investment spectrum such information may provide a useful tool for the adoption of investment strategy and portfolio management. Finally the empirical research concludes with the application of the proposed techniques to data deriving from major financial international markets and the domestic market, as well.

H αναερόβια χώνευση είναι η βιολογική διεργασία κατά την οποία παράγεται βιοαέριο (CH4 και CO2) από οργανική ύλη με τη συνδυασμένη δράση μεικτού πληθυσμού μικροοργανισμών, απουσία μοριακού οξυγόνου. Η διεργασία της αναερόβιας χώνευσης είναι μια από τις πιο διαδεδομένες μεθόδους χώνευσης υλύος και εφαρμόζεται κυρίως στην επεξεργασία αποβλήτων με υψηλό οργανικό φορτίο, με σκοπό την παραγωγή βιοαερίου, με ταυτόχρονη παραγωγή ενέργειας καθώς και στην παραγωγή ενέργειας από φυτική βιομάζα ή από στερεά οικιακά απορρίματα. Το πιο σημαντικό πρόβλημα που αντιμετωπίζεται σε μονάδες παραγωγής ενέργειας είναι η μεγιστοποίηση του ρυθμού παραγωγής βιοαερίου για τη χρήση του. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε ένα σύστημα ρύθμισης μεσόφιλου ( 35-37 oC) αναερόβιου χωνευτήρα τύπου CSTR χωρητικότητος τριών λίτρων, ο οποίος εμβολιάστηκε με αναερόβια βιομάζα μεικτής καλλιέργειας μικροοργανισμών από βιολογική μονάδα επεξεργασίας αστικών λυμάτων. Η τροφοδοσία ήταν ένα συνθετικό και αποστειρωμένο διάλυμα οξικού οξέος. Ως αποτέλεσμα, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα επικρατεί καλλιέργεια ακετοκλαστικών μεθανογόνων μικροοργανισμών. Με βάση τη συμπεριφορά του αντιδραστήρα για διαφορετική οργανική φόρτιση, αναπτύχθηκε ένα απλοποιημένο μοντέλο δύο μεταβλητών, της βιομάζας και του περιοριστικού υποστρώματος, κατάλληλο για αυτόματη ρύθμιση, το οποίο χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για τον προσδιορισμό του βέλτιστου χρόνου παραμονής και για την ανάπτυξη ρυθμιστικού αλγορίθμου. Οι κινητικοί παράμετροι του μαθηματικού μοντέλου εκτιμήθηκαν μέσω συλλογής πειραματικών δεδομένων από την διάταξη του αναερόβιου χωνευτήρα. Για τη σταθεροποίηση του συστήματος της αναερόβιας χώνευσης, αναπτύχθηκε ένας αναλογικός νόμος ανάδρασης εξόδου, ο οποίος σταθεροποιεί τη διεργασία σε μία μεγάλη περιοχή γύρω από τη βέλτιστη μόνιμη κατάσταση, όπου η βιομάζα δεν οδηγείται σε έκπλυση. Τέλος, οι προσομοιώσεις και τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι ο προτεινόμενος νόμος ανάδρασης εξόδου σταθεροποιεί το σύστημα ύστερα υπό παλμική διαταραχή (ανοδική και καθοδική) στη συγκέντρωση της οργανικής φόρτισης της τροφοδοσίας του συστήματος. / Anaerobic digestion is a complex biochemical process and one of the most widespread methods for the treatment of high organic content waste, aiming at the production of biogas(energy), while treating the waste] A common process objective is the maximisation of the biogas production. A 2-state model was developed for the simulation of an experimental reactor (CSTR), fed with acetic acid. This type of feeding is very important, as quite often anaerobic digestion is carried out in two sequential reactors, one hydrogen and fatty acids (mainly acetate) producing hydrolysis reactor followed by a methanogenic reactor which produces biogas (methane and carbon dioxide). The hydraulic retention time which maximizes the production rate of biogas was determined based on the developed process model. A model-based output feedback process control algorithm was utilised to secure fast transition to the new optimal steady state when there are changes in the feed loading rate. The algorithm was first demonstrated to work theoretically and secured minimal losses of methane during a transition. The algorithm was then applied experimentally and succeeded to drive the digester to the new optimum following both step-up and step-down pulse disturbances in the acetate feed concentration.

Στην παρούσα εργασία γίνεται μια προσπάθεια συνολικής παρουσίασης των τεχνικών χρονοπρογραμματισμού έργου ακολουθώντας την πορεία εξέλιξής τους. Στο τρίτο κεφάλαιο απαντάμε στα βασικά ερωτήματα που αφορούν το τι περιλαμβάνει η έννοια του όρου έργο και διαχείριση έργου. Είναι πολύ σημαντικό πριν να προχωρήσουμε σε τεχνικές χρονοπρογραμματισμού ενός έργου να μπορούμε να αποκωδικοποιήσουμε τις ανάγκες του αλλά και τον τρόπο δόμησής του ώστε να υπολογίσουμε σωστά τις ανάγκες και τα κόστη σε χρόνο αλλά και σε πόρους, ώστε να φθάσουμε στην επίτευξη του τελικού σκοπού μέσα στο χρονικό ορίζοντα που έχουμε θέσει και χωρίς να έχουμε αποκλίσεις από τις προϋπολογισθείσες δαπάνες πόρων. Στη συνέχεια αναλύονται οι κλασικές τεχνικές χρονοπρογραμματισμού μέσα από παραδείγματα εφαρμογών. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των βασικότερων μεθόδων επίλυσης προβλημάτων συνδυαστικής βελτιστοποίησης και παρουσιάζονται οι προσεγγίσεις αντιμετώπισης μέσω τριών κατηγοριών αλγορίθμων που έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια. Αυτοί είναι: οι ακριβείς μέθοδοι μαθηματικού προγραμματισμού, οι ευρετικοί αλγόριθμοι και οι μεταευρετικοί αλγόριθμοι. Στη συνέχεια δίνεται έμφαση στην παρουσίαση των κυριότερων εκπροσώπων των ακριβών μεθόδων. Αναλύουμε τις ευρετικές και μεταευρετικές μεθόδους όπως αυτές έχουν παρουσιαστεί τα τελευταία χρόνια από τους ερευνητές. Οι ευρετικές μέθοδοι αποτελούν τη πηγή έμπνευσης θα λέγαμε για τη δημιουργία των μεταευρετικών αλγορίθμων οι οποίοι υπόσχονται ακόμα καλύτερη αντιμετώπιση του προβλήματος καθώς δίνουν μια απάντηση σε προβλήματα που θεωρούνταν αδύνατο να λυθούν αποτελεσματικά και να επιστρέψουν βέλτιστες λύσεις με τους ευρετικούς αλγόριθμους. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύεται η φιλοσοφία, η εξέλιξη και ο τρόπος λειτουργίας των αλγόριθμων του μοντέλου της κοινωνίας των μυρμηγκιών και γίνεται παρουσίαση των διάφορων εκδόσεων τους των τελευταίων 3 δεκαετιών που αυτοί έχουν κάνει αισθητή της παρουσία τους στην έρευνα. Γίνεται επίσης παρουσίαση τους σε μορφή ψευδοκώδικα και διαγραμμάτων ροής. Κύριο μέρος του κεφαλαίου λαμβάνει η αντιμετώπιση του Προβλήματος του Περιοδεύοντας Πωλητή (Traveling Salesman Problem- TSP) που είναι το κυριότερο πρόβλημα χρονοπρογραμματισμού και πάνω στο οποίο στηρίζεται η εύρεση λύσεων και σε άλλα υπολογιστικά προβλήματα όπως αυτό της δρομολόγησης οχημάτων, χρονοπρογραμματισμού παραγωγής κα. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση του τρόπου αντιμετώπισης του προβλήματος της εύρεσης της κρίσιμης διαδρομής σε ένα έργο και παρουσιάζεται ο αλγόριθμος που ακολουθείται. Παράλληλα, παρουσιάζεται μια μελέτη συμπεριφοράς του αλγορίθμου σε μεταβολές των μεταβλητών του. Στο έβδομο κεφάλαιο βλέπουμε κάποια γενικά συμπεράσματα και μελλοντικές κατευθύνσεις ενώ στο Παράρτημα Ι γίνεται παρουσίαση της θεωρίας των γράφων για να γίνει καλύτερα κατανοητή η χρήση τους και ο σπουδαίος ρόλος τους στην ανάπτυξη των αλγορίθμων χρονοπρογραμματισμού, ενώ στο Παράρτημα ΙΙ παρουσιάζεται αναλυτικά το πρόβλημα του πλανόδιου πωλητή. / -