Σε αυτήν την διπλωματική εργασία ασχολούμαστε με το φίλτρο Kalman σε ανομοιόμορφη δειγματοληψία. Τα προαναφερθέντα αντικείμενα της εργασίας είτε χρησιμοποιούνται ξεχωριστά το ένα από το άλλο είτε εάν συνδυάζονται αποτελούν πάρα πολύ σημαντικά εργαλεία για κάθε επιστήμη και τεχνολογία. Το φίλτρο Kalman χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για εκτίμηση και ανάλυση δυναμικών συστημάτων. Οι εφαρμογές του καλύπτουν πολλά πεδία όπως την μηχανική, την επιστήμη των υλικών, τα οικονομικά, ακόμα και την ιατρική. Από την άλλη, η χρήση της ανομοιόμορφης δειγματοληψίας, δηλαδή η δειγματοληψία σημάτων σε ανομοιόμορφα χρονικά διαστήματα αυξάνει συνεχώς και διαθέτει πάρα πολλά πλεονεκτήματα. Σκοπός της διπλωματικής είναι η μελέτη και η ανάλυση αυτών των δύο στοιχείων και η εξαγωγή συμπερασμάτων όσον αφορά τον καλύτερο δυνατό αλγόριθμο επεξεργασίας σήματος. Έτσι στο 1ο Κεφάλαιο ασχολούμαστε με την γενικότερη έννοια της δειγματοληψίας, αλλά αναλύουμε και την ανομοιόμορφη. Στο 2ο Κεφάλαιο κάνουμε μια αρχική εισαγωγή για το πώς συνεργάζονται τα φίλτρα με την δειγματοληψία. Έπειτα, στο 3ο Κεφάλαιο αναφέρουμε λεπτομερειακά τις θεωρητικές και υπολογιστικές έννοιες γύρω από το φίλτρο Kalman. Το 4ο Κεφάλαιο περιλαμβάνει την υλοποίηση αλγορίθμων φίλτρου Kalman με ομοιόμορφη και ανομοιόμορφη δειγματοληψία. Στη συνέχεια, στο 5ο Κεφάλαιο παραθέτουμε την σύγκριση των αλγορίθμων και το συμπέρασμα για το οποιός είναι ο αποτελεσματικότερος και αναφέρουμε κάποιες εφαρμογές. Τέλος, το 6ο Κεφάλαιο εμφανίζεται το παράρτημα των κωδίκων που χρησιμοποιήθηκαν και στο 7ο Κεφάλαιο παραθέτουμε τις πηγές που αναλύσαμε. / In this thesis we deal with the Kalman filter to irregular sampling. The above subjects of the essay either they are used separately from one another or they are combined, they are very important tools for any science and technology. The Kalman filter is used with great success for observing and analyzing each dynamic system. Its applications cover several fields such as engineering, materials science, economics, and even medicine. On the other hand, the use of non-uniform sampling, which is the procedure of sampling some signals at uneven intervals, is growing continuously and has many advantages. The aim of this essay is the study and analysis of both subjects and the export of conclusions about the best possible signal processing algorithm. So in the first chapter we deal with the general concept of sampling, but we analyze the irregular too. In the second chapter we make an initial introduction to how the filters cooperate with the sampling. Then, in the third chapter we report in detail the theoretical and computational concepts around the filter Kalman. The fourth chapter includes the implementation of Kalman filter algorithms with uniform and non-uniform sampling. Then, in Chapter 5 we present a comparison of algorithms and the conclusion on which is the most effective and we mention some applications. Finally, in the 6th chapter the Appendix of the codes is appeared and in the seventh chapter we cited the bibliograpfy we have analyzed.

Η δειγματοληπτική έρευνα είναι η έρευνα η οποία βασίζεται στο δείγμα για να εξάγει συμπεράσματα για τον πληθυσμό. Στη δειγματοληπτική έρευνα υπάρχουν σφάλματα. Τα σφάλματα είναι οι αποκλίσεις των αποτελεσμάτων της δειγματοληπτικής έρευνας από τις αντίστοιχες πραγματικές τους τιμές. Στην έρευνα αυτή προσπαθούμε να τα ελαχιστοποιήσουμε. Προσπαθούμε να παρέμβουμε επί της διαδικασίας δειγματοληπτικής έρευνας στην οποία υπάρχουν με τέτοιον τρόπο έτσι ώστε τα εξαγόμενα αποτελέσματά της να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στα αντίστοιχα πραγματικά. / In sample survey there are errors. The errors are the declinations between the estimated values and the real ones. In this thesis we try to find ways in order to minimize them.

Η κωδικοποίηση στο χρόνο αποτελεί έναν πραγματικού-χρόνου, ασύγχρονο μηχανισμό κωδικοποίησης της πληροφορίας ενός αναλογικού σήματος πεπερασμένου εύρους ζώνης σε μία χρονική ακολουθία (χρονικά δείγματα), βάση της οποίας το σήμα μπορεί να ανακατασκευαστεί. Τα κυκλώματα τα οποία παράγουν αυτά τα χρονικά δείγματα και οι αλγόριθμοι οι οποίοι πραγματοποιούν την ανακατασκευή αναφέρονται ως Μηχανές Κωδικοποίησης στο Χρόνο (ΤΕΜs) και Μηχανές Αποκωδικοποίησης στο χρόνο (TDMs), αντίστοιχα. Αυτή η διαδικασία μπορεί να αντιμετωπιστεί ως ένας μηχανισμός δειγμaτοληψίας εξαρτώμενος από το σήμα και από τις παραμέτρους των παραπάνω κυκλωμάτων. Σε αυτήν τη διπλωματική εργασία, παρουσιάζουμε το θεωρητικό και μαθηματικό υπόβαθρο αυτής της καινοτόμας μεθόδου αναπαράστασης της πληροφορίας. / Time encoding is a real-time, asynchronous mechanism for encoding the information of an analog bandlimited signal into a time sequence (time samples) based on which the signal can be reconstructed. The circuits generating these time samples and the algorithms carrying out the reconstruction are referred to as Time Encoding Machines (TEMs) and Time Decoding Machines (TDMs), respectively. This procedure can be addressed as a sampling scheme which depends on the signal and the parameters of the above circuits. In this diploma thesis, we present the theoretical and mathematical framework of this innovative information representation procedure.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη και κατασκευή μιας διάταξης μετρήσεων για φωτοβολταϊκά συστήματα. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η υλοποίηση ενός εργαλείου με το οποίο ο χρήστης θα μπορεί να έχει την επίβλεψη των μεγεθών της ηλεκτρικής ενέργειας που διακινούνται από το σύστημα του. Για παράδειγμα να γνωρίζει τα ποσά ισχύος που παράγονται, τα επίπεδα της τάσης και του ρεύματος ακόμα και τα ποσά ισχύος με τα οποία μπορεί να τροφοδοτήσει το δίκτυο της ΔΕΗ αν σκοπεύει να χρησιμοποιεί μέρος της παραγόμενης ενέργειας για της ανάγκες του και να πουλά το περίσσευμα. Αρχικά έγινε η μελέτη και κατασκευή μιας πλακέτας για την προσαρμογή του πραγματικού σήματος του ρεύματος και της τάσης. Ο επεξεργαστής ο οποίος χρησιμοποιείται σε τέτοιου είδους εφαρμογές δεν μπορεί να «διαβάσει» σήματα των οποίων το πλάτος ξεπερνά τα 5 V. Οπότε πρέπει εμείς να φέρουμε τα μεγάλα σήματα σε τέτοια κλίμακα ώστε να είναι διαχειρίσιμα. Ακόμα πρέπει να μετατρέψουμε το σήμα ρεύματος σε σήμα τάσης ανάλογης κλίμακας για να είναι διαχειρίσιμο και αυτό από το υπολογιστικό σύστημα. Στη συνέχεια έγινε μελέτη της διαδικασίας της δειγματοληψίας και αφού υπολογίστηκαν και το SNR, η το ελάχιστο σφάλμα δειγματοληψίας σχεδίασα ένα κατωδιαβατό φίλτρο τύπου Butterworth 4ης τάξης για να περιορίσω τα φαινόμενα aliasing που δημιουργούνται λόγω αλλοίωσης. Το επόμενο βήμα, το οποίο ήταν και το πιο δύσκολο και απαιτητικό, ήταν να σχεδιαστεί ο κώδικας με τον οποίο θα γινόταν η δειγματοληψία και ο υπολογισμός των μεγεθών που μας ενδιέφεραν σε πραγματικό χρόνο (real time). Έγινε πολλαπλασιασμός σε γλώσσα μηχανής (assembly) και χρήση μόνο ακεραίων τιμών για να γίνει ο κώδικας όσο γίνεται πιο γρήγορος μιας και σε ένα τέτοιο σύστημα το βασικότερο που μας απασχολεί είναι η ταχύτητα των πράξεων. Ακόμα χρειάστηκε να συντονιστούν με σήματα interrupt διάφορα περιφερειακά του μικροελεγκτή για να δουλέψει σωστά το σύστημα. Τέλος έγινε προσπάθεια διασύνδεσης του υπάρχοντος προγράμματος με Η/Υ μέσω σειριακής για να γίνει απεικόνιση των αποτελεσμάτων μέσω μιας γραφικής διεπαφής (GUI). / This thesis is about a measuring system for a Photo voltaic Array connected to the grid. In the first chapter there is a survey for the importance of sustainable power sources. Next the project is presented. After that there is a chapter about the sensors that are used. The method of sampling and and filtering the signal is described in the next 3 chapters. Last but not least in the last chapter the user interface is presented

Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός καινοτόμου μετατροπέα σήματος (D/A converter ή DAC) με τη δυνατότητα εξωτερικής ρύθμισης (offline calibration) για μετατροπή υψηλής ακρίβειας, η οποία εξασφαλίζει υψηλή γραμμικότητα ανεξαρτήτως της ανοχής των στοιχείων που τον απαρτίζουν. Μόλις ο μετατροπέας ρυθμιστεί κατάλληλα, λειτουργεί αντίστοιχα με ένα DAC, όπου όλα τα στοιχεία του έχουν υποστεί επεξεργασία με λέιζερ (laser trimmed DAC), αλλά χωρίς το υψηλό κόστος κατασκευής που συνεπάγεται η παραπάνω διαδικασία, με αποτέλεσμα να αποτελεί μία ιδανική οικονομική λύση για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια μετατροπής. / This diploma thesis presents the design and implementation of an innovative Digital to Analog Converter (DAC) with the capability of offline external calibration for accurate measurements, which guarantees high linearity regardless of the mismatch of its components. Once the converter has been configured, it can attain the same linearity performance as a laser trimmed DAC, but without the high manufacturing costs involved in the laser etching process, making it an ideal low-cost solution for high accuracy applications.

- / -

Η παρούσα διατριβή έχει ως σκοπό της, πρώτον, την ανάκτηση συντακτικής πληροφορίας (αναγνώριση συμπληρωμάτων ρημάτων, ανάκτηση πλαισίων υποκατηγοριοποίησης (ΠΥ) ρημάτων, αναγνώριση των ορίων και του είδους των προτάσεων) αυτόματα μέσα από ελληνικά και αγγλικά σώματα κειμένων με την χρήση ποικίλων και καινοτόμων τεχνικών μηχανικής μάθησης και, δεύτερον, την θεωρητική περιγραφή της ελληνικής σύνταξης μέσω τυπικών γλωσσολογικών φορμαλισμών, όπως η γραμματική Ενοποίησης και η γραμματική Φραστικής Δομής Οδηγούμενη από τον Κύριο Όρο. Η διατριβή κινήθηκε πάνω στους εξής καινοτόμους άξονες: 1. Η προεπεξεργασία των σωμάτων κειμένων βασίστηκε σε ελάχιστους γλωσσολογικούς πόρους για να είναι δυνατή η μεταφορά των μεθόδων σε γλώσσες φτωχές σε υποδομή. 2. Η αντιμετώπιση του θορύβου που υπεισέρχεται στα δεδομένα εξ αιτίας της χρήσης ελάχιστων πόρων πραγματοποιείται με Μονόπλευρη Δειγματοληψία. Εντοπίζονται αυτόματα παραδείγματα δεδομένων που δεν προσφέρουν στην μάθηση και αφαιρούνται. Τα τελικά δεδομένα είναι πιο καθαρά και η απόδοση της μάθησης βελτιώνεται πολύ. 3. Αποδεικνύεται η χρησιμότητα της εξαχθείσας πληροφορίας. Η χρησιμότητα των συμπληρωμάτων φαίνεται από την αύξηση της απόδοσης της διαδικασίας ανάκτησης ΠΥ με την χρήση τους. Η χρησιμότητα των εξαγόμενων ΠΥ φαίνεται από την αύξηση της απόδοσης ενός ρηχού συντακτικού αναλυτή με την χρήση τους. 4. Οι μέθοδοι εφαρμόζονται και στα Αγγλικά και στα Ελληνικά για να φανεί η μεταφερσιμότητά τους σε διαφορετικές γλώσσες και για να πραγματοποιηθεί μια ενδιαφέρουσα σχετική σύγκριση ανάμεσα στις δύο γλώσσες. Τα αποτελέσματα είναι πολύ ενθαρρυντικά, συγκρίσιμα με, και σε πολλές περιπτώσεις καλύτερα από, προσεγγίσεις που χρησιμοποιούν εξελιγμένα εργαλεία προεπεξεργασίας. / The thesis aims firstly at the acquisition of syntactic information (detection of verb complements, acquisition of verb subcategorization frames (SF), detection of the boundaries and the semantic type of clauses) automatically from Modern Greek and English text corpora with the use of various state-of-the-art and novel machine learning techniques, and, secondly, at the theoretical description of the Greek syntax through formal grammatical theories like Unification Grammar and Head-driven Phrase Structure Grammar. The thesis has been based on the following novel axes: 1. Corpus pre-processing has been limited to the use of minimum linguistic resources to ensure the portability of the presented methodologies to languages that are poorly equipped with resources. 2. Due to the low pre-processing level, a significant amount of noise appears in the data, which is dealt with One-sided Sampling. Examples that do not contribute to the learning process are detected and removed. The final data set is clean and learning performance improves significantly. 3. The importance of the acquired information is proven. The importance of complements is shown by the improvement in the performance of the SF acquisition process after the incorporation of complement information. The importance of the acquired SF lexicon is shown by its incorporation in a shallow syntactic parser and the increase of the performance of the latter. 4. The methods are applied on Modern Greek and on English to show their portability across different languages and to allow for an interesting rough comparison between the two languages. The results are very satisfactory, comparable to, and in some cases better than, approaches utilizing sophisticated resources for pre-processing.

Είναι ευρύτατα γνωστό ότι ο θόρυβος δημιουργείται από δονούμενες επιφάνειες. Για την αντιμετώπιση του θορύβου στην πηγή του, δηλαδή τη δονούμενη επιφάνεια, δύο κυρίως τρόποι έχουν αναπτυχθεί. Ο πρώτος τρόπος αφορά τη χρησιμοποίηση παθητικών μέσων, δηλαδή ηχομονωτικών υλικών που αποσβένουν συγκεκριμένες συχνότητες. Ο δεύτερος τρόπος αφορά τη χρήση ενεργητικών μέσων. Τα ενεργητικά μέσα είναι διατάξεις που αποτελούνται από ένα σύστημα ελέγχου και ένα σύνολο αισθητήρων και ενεργοποιητών. Η λειτουργία ενός τέτοιου Συστήματος Ενεργού Ελέγχου Δονήσεων (ΣΕΕΔ) βασίζεται στην καταγραφή μέσω των αισθητήρων του τρόπου δόνησης της επιφάνειας (πρωτεύον πεδίο δόνησης), την δημιουργία σημάτων ελέγχου από τον ελεγκτή (ίδιου πλάτους αλλά με διαφορά φάσης 180o) και την αποστολή τους στους ενεργοποιητές που θα δημιουργήσουν ένα δευτερεύον πεδίο δόνησης. Η υπέρθεση των δύο πεδίων έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία ενός εναπομείναντος πεδίου με πλάτη δόνησης αισθητά χαμηλότερα από αυτά του πρωτεύοντος. Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός γενικευμένου ΣΕΕΔ, ο έλεγχος του οποίου βασίζεται σε εργαλεία Τεχνητής Νοημοσύνης όπως τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα και οι Γενετικοί Αλγόριθμοι για την αναγνώριση του τρόπου δόνησης οποιασδήποτε επιφάνειας και το βέλτιστο έλεγχο της δόνησής της, χωρίς να απαιτείται καμία πρότερη γνώση της δυναμικής συμπεριφοράς της επιφάνειας. Επιπλέον, το υπό μελέτη ΣΕΕΔ είναι ικανό να ελέγχει τέσσερις συχνότητες αντί μιας που απαντάται συνήθως στην πλειονότητα των εφαρμογών. Ο σκοπός της διατριβής αυτής είναι η απόδειξη της αρχής λειτουργίας ενός τέτοιου συστήματος. Η προσέγγιση για την επίτευξη αυτού του στόχου περιλαμβάνει πειραματικές μετρήσεις ενός πρωτότυπου ΣΕΕΔ σε μία απλοποιημένη πειραματική διάταξη. Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του εν λόγω ΣΕΕΔ δείχνουν ότι παρά τους περιορισμούς που υπεισέρχονται λόγω των δυνατοτήτων του υλικού (hardware) του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού, το υπό μελέτη ΣΕΕΔ λειτουργεί επιτυχώς στη βασική αρχή του, ενώ έχει τις προϋποθέσεις και τη δυναμική για περαιτέρω βελτιστοποίηση και εξέλιξη σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. / It is generally approved that noise is created by vibrating surfaces. In order to tackle this phenomenon at its source, mainly two approaches have been followed. The first approach involves passive means, that is sound insulation materials that dampen certain frequencies. The second approach involves the use of active means. The active means are arrangements that consist of a control system and a set of sensors and actuators. The application of such an arrangement for vibration control is called Active Vibration Control (AVC) and is based on the sampling (by means of sensors) of the primary field of vibration of the surface, the creation of control signals by the controller (secondary field - of the same amplitude but with phase difference of 180o) and finally applying these control signals on the vibrating surface, by means of the actuators. The superimposing of the two vibration signals (primary and secondary) results to a residual field where the amplitudes of vibration are significantly lower than in the primary. The objective of the thesis at hand is to develop a Generic AVC with the controller developed using Artificial Intelligence tools such as the Artificial Neural Networks (ANNs) and Genetic Algorithms (GAs), in order to identify the vibration patterns of any surface and the optimal control of its vibration, without any prior knowledge of the dynamic behavior of the surface. Moreover, the developed AVC system will be able to identify and control four dominating frequencies instead of one that is usually the choice in the majority of similar applications. The scope of this work is the ‘Proof of Concept’ of the successful operation of such a generic AVC system. The approach to this end includes experimental testing of a prototype AVC system on a simplified experimental set-up. The results of the application of the developed AVC system, performed also by independent parties in the framework of a EC-funded Basic Research project, prove the successful operation of the developed AVCS, even within the limitation of the contemporary data acquisition platform (hardware and software) used, imposes limitations in the efficiency of the AVCS, and provide the basis for its further development and application in a multitude of problems.

Τα κατανεμημένα δίκτυα κλίμακας Ίντερνετ και κυρίως τα δίκτυα ομοτίμων εταίρων, γνωστά και ως peer-to-peer (p2p), που αποτελούν το πιο αντιπροσωπευτικό παράδειγμά τους, προσελκύουν τα τελευταία χρόνια μεγάλο ενδιαφέρον από τους ερευνητές και τις επιχειρήσεις λόγω των ιδιόμορφων χαρακτηριστικών τους, όπως ο πλήρης αποκεντρωτικός χαρακτήρας, η αυτονομία των κόμβων, η ικανότητα κλιμάκωσης, κ.λπ. Αρχικά σχεδιασμένα να υποστηρίζουν εφαρμογές διαμοιρασμού αρχείων με βασική υπηρεσία την επεξεργασία απλών ερωτημάτων, σύντομα εξελίχτηκαν σε ένα καινούργιο μοντέλο κατανεμημένων συστημάτων, με μεγάλες και αυξανόμενες δυνατότητες για διαδικτυακές εφαρμογές, υποστηρίζοντας πολύπλοκες εφαρμογές διαμοιρασμού δομημένων και σημασιολογικά προσδιορισμένων δεδομένων. Η προσέγγισή μας στην περιοχή αυτή γίνεται προς δύο βασικές κατευθύνσεις: (α) την επεξεργασία πολύπλοκων ερωτημάτων και (β) την εκτίμηση των ανομοιομορφιών των διαφόρων κατανομών που συναντάμε στα δίκτυα αυτά (π.χ. φορτίου, προσφοράς ή κατανάλωσης ενός πόρου, τιμών των δεδομένων των κόμβων, κ.λπ.), που εκτός των άλλων αποτελεί ένα σημαντικό εργαλείο στην υποστήριξη πολύπλοκων ερωτημάτων. Συγκεκριμένα, ασχολούμαστε και επιλύουμε τρία βασικά ανοικτά προβλήματα. Το πρώτο ανοικτό πρόβλημα είναι η επεξεργασία ερωτημάτων εύρους τιμών σε ομότιμα συστήματα κατανεμημένου πίνακα κατακερματισμού, με ταυτόχρονη εξασφάλιση της εξισορρόπησης του φορτίου των κόμβων και της ανοχής σε σφάλματα. Προτείνουμε μια αρχιτεκτονική επικάλυψης, που ονομάζουμε Saturn, που εφαρμόζεται πάνω από ένα δίκτυο κατανεμημένου πίνακα κατακερματισμού. Η αρχιτεκτονική Saturn χρησιμοποιεί: (α) μια πρωτότυπη συνάρτηση κατακερματισμού που τοποθετεί διαδοχικές τιμές δεδομένων σε γειτονικούς κόμβους, για την αποδοτική επεξεργασία των ερωτημάτων εύρους τιμών και (β) την αντιγραφή, για την εξασφάλιση της εξισορρόπησης του φορτίου προσπελάσεων (κάθετη, καθοδηγούμενη από το φορτίο αντιγραφή) και της ανοχής σε σφάλματα (οριζόντια αντιγραφή). Μέσα από μια εκτεταμένη πειραματική αξιολόγηση του Saturn και σύγκριση με δύο βασικά δίκτυα κατανεμημένου πίνακα κατακερματισμού (Chord και OP-Chord) πιστοποιούμε την ανωτερότητα του Saturn να αντιμετωπίζει και τα τρία ζητήματα που θέσαμε, αλλά και την ικανότητά του να συντονίζει το βαθμό αντιγραφής ώστε να ανταλλάζει ανάμεσα στο κόστος αντιγραφής και στο βαθμό εξισορρόπησης του φορτίου. Το δεύτερο ανοικτό πρόβλημα που αντιμετωπίζουμε αφορά την έλλειψη κατάλληλων μετρικών που να εκφράζουν τις ανομοιομορφίες των διαφόρων κατανομών (όπως, για παράδειγμα, το βαθμό δικαιοσύνης μιας κατανομής φορτίου) σε κατανεμημένα δίκτυα κλίμακας Ίντερνετ και την μη αποτελεσματική ή δυναμική εκμετάλλευση μετρικών ανομοιομορφίας σε συνδυασμό με αλγορίθμους διόρθωσης (όπως ο αλγόριθμος εξισορρόπησης φορτίου). Το πρόβλημα είναι σημαντικό γιατί η εκτίμηση των κατανομών συντελεί στην ικανότητα κλιμάκωσης και στην επίδοση αυτών των δικτύων. Αρχικά, προτείνουμε τρεις μετρικές ανομοιομορφίας (το συντελεστή του Gini, τον δείκτη δικαιοσύνης και το συντελεστή διασποράς) μετά από μια αναλυτική αξιολόγηση μεταξύ γνωστών μετρικών εκτίμησης ανομοιομορφίας και στη συνέχεια, αναπτύσσουμε τεχνικές δειγματοληψίας (τρεις γνωστές τεχνικές και τρεις προτεινόμενες) για τη δυναμική εκτίμηση αυτών των μετρικών. Με εκτεταμένα πειράματα αξιολογούμε συγκριτικά τους προτεινόμενους αλγορίθμους εκτίμησης και τις τρεις μετρικές και επιδεικνύουμε πώς αυτές οι μετρικές και ειδικά, ο συντελεστής του Gini, μπορούν να χρησιμοποιηθούν εύκολα και δυναμικά από υψηλότερου επιπέδου αλγορίθμους, οι οποίοι μπορούν τώρα να ξέρουν πότε να επέμβουν για να διορθώσουν τις άδικες κατανομές. Το τρίτο και τελευταίο ανοικτό πρόβλημα αφορά την εκτίμηση του μεγέθους αυτοσύνδεσης μιας σχέσης όπου οι πλειάδες της είναι κατανεμημένες σε κόμβους δεδομένων που αποτελούν ένα ομότιμο δίκτυο επικάλυψης. Το μέγεθος αυτοσύνδεσης έχει χρησιμοποιηθεί εκτεταμένα σε συγκεντρωτικές βάσεις δεδομένων για τη βελτιστοποίηση ερωτημάτων και υποστηρίζουμε ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε ένα πλήθος άλλων εφαρμογών, ειδικά στα ομότιμα δίκτυα (π.χ. συσταδοποίηση του Ιστού, αναζήτηση στον Ιστό, κ.λπ.). Η συνεισφορά μας περιλαμβάνει, αρχικά, τις προσαρμογές πέντε γνωστών συγκεντρωτικών τεχνικών εκτίμησης του μεγέθους αυτοσύνδεσης (συγκεκριμένα, σειριακή, ετεροδειγματοληπτική, προσαρμοστική και διεστιακή δειγματοληψία και δειγματοληψία με μέτρηση δείγματος) στο περιβάλλον ομοτίμων εταίρων και η ανάπτυξη μια πρωτότυπης τεχνικής εκτίμησης του μεγέθους αυτοσύνδεσης, βασισμένη στο συντελεστή του Gini. Με μαθηματική ανάλυση δείχνουμε ότι οι εκτιμήσεις του συντελεστή του Gini μπορούν να οδηγήσουν σε εκτιμήσεις των υποκείμενων κατανομών δεδομένων, όταν αυτά ακολουθούν το νόμο της δύναμης ή το νόμο του Zipf και αυτές, με τη σειρά τους, σε εκτιμήσεις του μεγέθους αυτοσύνδεσης των σχέσεων των δεδομένων. Μετά από αναλυτική πειραματική μελέτη και σύγκριση όλων των παραπάνω τεχνικών αποδεικνύουμε ότι η καινούργια τεχνική που προτείνουμε είναι πολύ αποτελεσματική ως προς την ακρίβεια, την πιστότητα και την απόδοση έναντι των άλλων πέντε μεθόδων. / The distributed, Internet-scale networks, and mainly, the peer-to-peer networks (p2p), that constitute their most representative example, recently attract a great interest from the researchers and the industry, due to their outstanding properties, such as full decentralization, autonomy of nodes, scalability, etc. Initially designed to support file sharing applications with simple lookup operations, they soon developed in a new model of distributed systems, with many and increasing possibilities for Internet applications, supporting complex applications of structured and semantically rich data. Our research to the area has two basic points of view: (a) complex query processing and (b) estimation of skewness in various distributions existing in these networks (e.g. load distribution, distribution of offer, or consumption of resources, data value distributions, etc), which, among others, it is an important tool to complex query processing support. Specifically, we deal with and solve three basic open problems. The first open problem is range query processing in p2p systems based on distributed hash tables (DHT), with simultaneous guarantees of access load balancing and fault tolerance. We propose an overlay DHT architecture, coined Saturn. Saturn uses a novel order-preserving hash function that places consecutive data values in successive nodes to provide efficient range query processing, and replication to guarantee access load balancing (vertical, load-driven replication) and fault tolerance (horizontal replication). With extensive experimentation, we evaluate and compare Saturn with two basic DHT networks (Chord and OP - Chord), and certify its superiority to cope with the three above requirements, but also its ability to tune the degree of replication to trade off replication costs for access load balancing. The second open problem that we face concerns the lack of appropriate metrics to express the degree of skewness of various distributions (for example, the fairness degree of load balancing) in p2p networks, and the inefficient and offline-only exploitation of metrics of skewness, which does not enable any cooperation with corrective algorithms (for example, load balancing algorithms). The problem is important because estimation of distribution fairness contributes to system scalability and efficiency. First, after a comprehensive study and evaluation of popular metrics of skewness, we propose three of them (the coefficient of Gini, the fairness index, and the coefficient of variation), and, then, we develop sampling techniques (three already known techniques, and three novel ones) to dynamically estimate these metrics. With extensive experimentation, which comparatively evaluates both the various proposed estimation algorithms and the three metrics we propose, we show how these three metrics, and especially, the coefficient of Gini, can be easily utilized online by higher-level algorithms, which can now know when to best intervene to correct unfairness. The third and last open problem concerns self-join size estimation of a relation whose tuples are distributed over data nodes which comprise an overlay network. Self-join size has been extensively used in centralized databases for query optimization purposes, and we support that it can also be used in various other applications, specifically in p2p networks (e.g. web clustering, web searching, etc). Our contribution first includes the adaptations of five well-known self-join size estimation, centralized techniques (specifically, sequential sampling, cross-sampling, adaptive and bifocal sampling, and sample-count) to the p2p environment and a novel estimation technique which is based on the Gini coefficient. With mathematical analysis we show that, the estimates of the Gini coefficient can lead to estimates of the degree of skewness of the underlying data distribution, when these follow the power, or Zipf’s law, and these estimates can lead to self-join size estimates of those data relations. With extensive experimental study and comparison of all above techniques, we prove that the proposed technique is very efficient in terms of accuracy, precision, and cost of estimation against the other five methods.

The Aerosol Mass Spectroscopy (AMS) is a recently developed method that provides on-line measurements of the chemical composition, mass spectrum and mass distributions of the atmospheric aerosol. Using the AMS with a thermodenuder in smog chamber experiments of ozonolysis of α-pinene, β-pinene and limonene, the mass spectrum of the secondary organic aerosols (SOA) is deconvoluted in low, medium and high volatility mass spectra. The spectrum of the surrogate component with the lower volatility for α-pinene and β-pinene is quite similar to that of ambient oxygenated organic aerosol (OOA). This could explain part of the difference between the AMS mass spectrum in the lab and the field. Combining an AMS and a Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) in smog chamber experiments of α-pinene, β-pinene and limonene ozonolysis, the density of the SOA is calculated and estimated between 1.4 and 1.65 g cm-3. This high density implies that the SOA is likely in a solid or a waxy state. The method is applied on field measurements at Finokalia, Crete during the FAME. For the summer campaign (FAME-08) the organic density is in the range of 0.8 and 1.8 g cm-3 with a mean value of 1.35±0.22 g cm-3¬, while for the winter (FAME-09) the average organic density is 1.14±0.36 g cm-3. This technique can also calculate the Collection Efficiency (CE) of the AMS, since AMS does not measure all the particles that enter the instrument. Applying the estimated CE, the AMS is in a good agreement with other instrumentation. The CE and the organic density of the thermodenuded samples are calculated as well. The CE and the organic density both for the ambient and the themodenuded samples are used as post corrections in the volatility estimation. For FAME-08 the organic aerosol is one order of magnitude less volatile than laboratory-generated α-pinene SOA. Furthermore they are highly oxidized due to the photochemistry conditions (especially in the summer) and the station location (away from detectable sources of pollution). Finally, modifying the steam-jet aerosol collector (SJAC) method both particulate and gas phase of the main inorganic species can be measured. Testing the approach at ambient conditions at the ICE-FORTH Institute, we were able to measure together with the inorganic aerosol composition the gas-phase concentrations of NH3, HONO and very low HNO¬3. The results are consistent with the predictions of the thermodynamic model ISORROPIA. / Τα αεροζόλ είναι σωματίδια που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα. Η Φασματομετρία Μάζας Αεροζόλ (AMS) είναι μία νέα μέθοδος που μπορεί να δώσει ταυτόχρονα και σε πραγματικό χρόνο τη χημική σύσταση, το φάσμα μάζας και τις κατανομές μάζας των ατμοσφαιρικών σωματιδίων. Χρησιμοποιώντας το AMS με έναν θερμικό απογυμνωτή σε πειράματα οζονόλυσης α-πινενίου, β-πινενίου και λεμονενίου σε περιβαλλοντικό θάλαμο, το φάσμα μάζας των δευτερογενών οργανικών σωματιδίων (SOΑ) αναλύεται σε 3 επιμέρους φάσματα, ανάλογα με την πτητικότητα των οργανικών σωματιδίων. Το φάσμα που αντιστοιχεί στις ενώσεις με τη χαμηλότερη πτητικότητα για το α- και β-πινένιο είναι αρκετά όμοιο με αυτό των οξυγονωμένων οργανικών σωματιδίων (ΟΟΑ) από το περιβάλλον. Αυτό εξηγεί και μέρος της διαφοράς του φάσματος μάζας AMS μεταξύ εργαστηρίου και πεδίου. Συνδυάζοντας το AMS με ένα σαρωτή μεγέθους κινούμενων σωματιδίων (SMPS) υπολογίζεται η πυκνότητα των SOA από οζονόλυση α-πινενίου, β-πινενίου και λεμονενίου μεταξύ 1.4 και 1.65 g cm-3. Η σχετικά υψηλή τιμή της πυκνότητας μάλλον σημαίνει ότι τα παραγόμενα σωματίδια είναι στερεά ή κερώδη.Η παραπάνω μέθοδος εφαρμόζεται σε μετρήσεις πεδίου στη Φινοκαλιά, στην Κρήτη (FAME). Για το FAME-08 (καλοκαίρι) η πυκνότητα των οργανικών σωματιδίων είναι μεταξύ 0.8 και 1.8 g cm-3 με μέση τιμή 1.35±0.22 g cm-3, ενώ για το FAME-09 (χειμώνας) η μέση τιμή είναι 1.14±0.36 g cm-3. Η τεχνική αυτή υπολογίζει και το ποσοστό συλλογής (CE) σωματιδίων του AMS, καθώς το AMS μετράει ένα ποσοστό αυτών. Εφαρμόζοντας την CE που υπολογίζεται, η συμφωνία μεταξύ του AMS και άλλων οργάνων είναι αρκετά καλή. Υπολογίζεται επίσης η CE και η πυκνότητα των οργανικών για τα δείγματα που έχουν θερμανθεί στον θερμικό απογυμνωτή. Οι CE και οι οργανικές πυκνότητες χρησιμοποιούνται ως διορθώσεις για την αποφυγή υποεκτίμησης της πτητικότητας του οργανικού αεροζόλ. Για το FAME-08 οι οργανικές ενώσεις είναι περισσότερο από μία τάξη μεγέθους λιγότερο πτητικές από τα SOA που δημιουργούνται σε συνθήκες εργαστηρίου. Επίσης είναι υψηλά οξειδωμένες λόγω της φωτοχημείας (καλοκαίρι) και της τοποθεσίας της δειγματοληψίας (μακριά από πρωτογενείς ρύπους). Τέλος τροποποιώντας τη μέθοδο δειγματοληψίας υγροποιημένων σωματιδίων (SJAC) είναι δυνατό να μετρηθεί και η σωματιδιακή αλλά και η αέρια φάση των κυρίως ανόργανων ενώσεων. Πειράματα που έγιναν από δειγματοληψία στο ΕΙΧΗΜΥΘ δείχνουν την ύπαρξη ΝΗ3 αλλά σχεδόν μηδενικού ΗΝΟ3. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με ένα θερμοδυναμικό μοντέλο (ISΟRROPIA) και η συμφωνία είναι καλή.