- / -

Τα τελευταία χρόνια, με την ανάπτυξη της Πληροφορικής Τεχνολογίας, οι Οντολογίες βρίσκονται στο επίκεντρο των ενδιαφερόντων επιστημόνων και ερευνητικών ομάδων σε όλο τον κόσμο. Η έρευνα κατευθύνεται σε μια σειρά από διαφορετικά επιστημονικά πεδία όπως της τεχνητής νοημοσύνης, της διαχείρισης γνώσης, καθώς και των τεχνολογιών του παγκόσμιου και ιδιαίτερα του σημασιολογικού ιστού. Το σύνολο των διεργασιών οι οποίες αφορούν στην διαδικασία ανάπτυξης οντολογιών, στον κύκλο ζωής τους, καθώς και στις μεθοδολογίες, στα εργαλεία και στις γλώσσες προγραμματισμού που απαιτούνται για την δημιουργία τους αναφέρεται ως Μηχανική των Οντολογιών. Η κατασκευή οντολογιών είναι μια διεργασία η οποία επηρεάζεται από αντικειμενικούς αλλά και υποκειμενικούς παράγοντες. Στους αντικειμενικούς παράγοντες περιλαμβάνονται τα εργαλεία με τα οποία θα κατασκευαστεί και θα επεξεργαστεί η οντολογία, η γλώσσα στην οποία θα αναπτυχθεί, η μεθοδολογία στην οποία θα βασιστεί, οι εφαρμογές στις οποίες θα χρησιμοποιηθεί, το είδος της οντολογίας και τις διαθέσιμες πηγές γνώσης (τυπικές ή μη), όπως λεξικά ή υπάρχουσες οντολογίες. Στους υποκειμενικούς παράγοντες περιλαμβάνονται οι ειδικές δεξιότητες ανάλυσης γνώσης και η εμπλοκή ατόμων που το καθένα έχει την δική του άποψη σχετικά με το πεδίο ενδιαφέροντος. Συνεπώς, η ανάπτυξη μιας οντολογίας είναι επιρρεπής στα λάθη, αφού μπορεί να υπάρξουν διάφορες ερμηνείες για το ίδιο πεδίο και τα αποτελέσματα είναι συχνά υποκειμενικά, διότι κάθε σχεδιαστής οντολογιών έχει διαφορετικούς στόχους, μπορεί να αναλύει το πεδίο ενδιαφέροντος σε διαφορετικό επίπεδο και αποσκοπεί σε διαφορετικό τρόπο χρήσης της οντολογίας. Για να ξεπεραστεί το πρόβλημα της δημιουργίας υποκειμενικών οντολογιών, οι ερευνητές ανέπτυξαν συνεργατικές μεθοδολογίες ανάπτυξης. Στις μεθοδολογίες αυτές πολλές υποκειμενικές και ίσως αντιφατικές έννοιες πρέπει να συνενωθούν έτσι ώστε να οδηγήσουν σε ένα διαμοιραζόμενο εννοιολογικό μοντέλο. Η μετάβαση όμως από την ατομική αντίληψη στο επίπεδο της κοινότητας, που θεωρείται δεδομένη σε μια συνεργατική προσέγγιση, απαιτεί ικανότητες και γνώσεις τις οποίες κάποιος αρχάριος δεν διαθέτει. Με βάση τον παραπάνω προβληματισμό, στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αξιοποίηση της μεθοδολογίας κατασκευής οντολογιών που προτείνεται στην εργασία [L. Seremeti and A. Kameas. “A task-based ontology engineering approach for novice ontology developers”. 4th Balkan Conference in Informatics, Thessaloniki, Greece, 2009]. Στο πλαίσιο αξιοποίησής της, κατασκευάζονται οντολογίες οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές περιρρέουσας νοημοσύνης. Ειδικότερα, παρατίθενται αναλυτικά οι μεθοδολογίες ανάπτυξης οντολογιών και κατηγοριοποιούνται. Αναλύονται στην συνέχεια, οι ιδιαιτερότητες των οντολογιών σε Περιβάλλοντα Περιρρέουσας νοημοσύνης και τελικά ακολουθώντας, τα στάδια ανάπτυξης οντολογιών της προαναφερθείσας μεθοδολογίας, κατασκευάζονται οντολογίες πεδίου ενδιαφέροντος οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές περιρρέουσας νοημοσύνης. / The last years, with the development of Computer scientist Technology, the Ontologies are found in the centre of interesting scientists and inquiring teams in all the world. The research is directed in a line by different scientific fields as the artificial intelligence, the management of knowledge, as well as technologies of the world wide web and particularly the semantic web. The total of activities what concern in the process of development of ontologies, in their circle of life, as well as in the methodologies, in the tools and in the computing languages that are required for the creation to them are reported as Mechanics of Ontologies. The manufacture of ontologies is an activity which is influenced by objective but also subjective factors. In the objective factors are included the tools with which will be manufactured and will process the ontology, the language in which will be developed, the methodology on which it will be based, the applications in which it will be used, the type of ontology and the available sources of knowledge (formal or not), as dictionaries or existing ontologies. In the subjective factors are included the special dexterities of analysis of knowledge and the entanglement of individuals that each one has his own opinion with regard to the field of interest. Consequently, the development of ontology is prone in the errors, after it can exist various interpretations for the same field and the results are frequent subjective, because each designer of ontologies aims at different, can analyze the field of interest in different level and aims in different way of use of ontology. In order to exceeded the problem of creation of subjective ontologies, the researchers developed cooperative methodologies of development. In these methodologies many subjective and perhaps contradictory significances should join themselves so as to lead to a distribute conceptual model. The passage however from the individual perception in the level of community, that is considered given in a cooperative approach, requires faculties and knowledge which someone novice does not have. Based in the last examination, objective of present diplomatic work is the exploitation of methodology of manufacture of ontologies that is proposed in the work [L. Seremeti and A. Kameas. “A task-based ontology engineering approach for novice ontology developers”. 4th Balkan Conference in Informatics, Thessaloniki, Greece, 2009]. In the frame of exploitation of the methontology , are manufactured ontologies that will be used in applications of ubiquitous intelligence. More specifically, are mentioned analytically the methodologies of development ontologies and are categorized. Are then analyzed, the particularities of ontologies in Ubiquitous Computing Environments and finally following, the stages of development ontologies of mentioned before methodology, are manufactured ontologies of field of interest what will be used in applications of Ubiquitous Computing intelligence.

Στην παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία μελετάται ο σχεδιασμός, η ανάπτυξη, η εγκατάσταση και λειτουργία ολοκληρωμένων εφαρμογών δίαχυτου υπολογισμού με χρήση ετερογενών ασυρμάτων αισθητήρων. Η ασύρματη επικοινωνία ετερογενών συσκευών σε ένα διάχυτο σύστημα παρουσιάζει σημαντικά προβλήματα καθώς χρησιμοποιούνται συσκευές με εντελώς διαφορετική αρχιτεκτονική, διαφορετικά χαρακτηριστικά και διαφορετικές δυνατότητες όσον αφορά τις τεχνολογίες που υποστηρίζουν για την υλοποίηση εφαρμογών σε αυτές. Αρχικά εστιάζουμε στον εντοπισμό των αιτιών που δεν επιτρέπουν την ασύρματη επικοινωνία των συσκευών και προτείνουμε συγκεκριμένες λύσεις. Προτείνουμε επίσης, μια αρχιτεκτονική ενός συγκεκριμένου συστήματος η οποία βασίζεται σε μια ιεραρχία επιπέδων προσφέροντας επεκτασιμότητα καθώς επίσης και χρήση διαφορετικών συσκευών.Για την μελέτη της συμπεριφοράς του συστήματος αναπτύσσονται συγκεκριμένες εφαρμογές οι οποίες παρουσιάζουν τις δυνατότητες του. / Within the scope of this MSc dissertation, we discuss the design and implementation of pervasive applications on top of heterogeneous wireless sensor network environment. The wireless communication between heterogeneous devices is an inherently difficult research problem due to fundamental differences in system architecture, properties and capabilities of the these devices. Initially, our research focused on the identification of the problems related to the intercommunication among the devices of a heterogeneous wireless sensor network. As a solution, we propose a new abstract system that provides the key qualities needed for a successful pervasive system; expandability, scalability and performance. The new architecture achieves interoperability among the devices by introducing abstraction in the communication protocol. In order to demonstrate the applicability of our system we include various representative use case scenarios, that illustrate the usage of our infrastructure.

Η παρούσα διπλωματική εργασία περιγράφει τη διαδικασία σχεδιασμού, υλοποίησης και αξιολόγησης του χωροευαίσθητου παιχνιδιού Benaki MuseumScrabble (BMS), το οποίο απευθύνεται σε επισκέπτες του μουσείου Μπενάκη. / This diploma thesis describes the design, implementation and evaluation of the location based game "Benaki MuseumScrabble", which was created for the Benaki museum visitors

Στην εργασία αυτή επεκτείνουμε το μοντέλο των πρωτοκόλλων πληθυσμών που προτάθηκε από τους Angluin et al., ούτως ώστε να μοντελοποιήσουμε πιο ισχυρά δίκτυα αποτελούμενα από πολύ μικρά τεχνουργήματα περιορισμένων πόρων (πράκτορες), τα οποία είναι πιθανόν να ακολουθούν μη προβλέψιμη παθητική κίνηση. Οι πράκτορες αυτοί επικοινωνούν μόνο κατά ζεύγη σύμφωνα με τις επιλογές ενός εχθρικού δρομολογητή. Ένας κατευθυνόμενος (ή μη κατευθυνόμενος) γράφος επικοινωνίας αποτυπώνει την ακόλουθη πληροφορία: κάθε ακμή (u,υ) του γράφου υποδηλώνει ότι επιτρέπεται κατά τον υπολογισμό να συμβούν μία ή περισσότερες αλληλεπίδρασεις του u με τον υ στις οποίες ο u είναι ο μυητής και ο υ ο αποκρινόμενος. Το νέο χαρακτηριστικό του μοντέλου των πρωτοκόλλων πληθυσμών με διαμεσολαβητή το οποίο προτείνουμε στην παρούσα εργασία είναι η ύπαρξη ενός παθητικού παρόχου επικοινωνίας τον οποίο καλούμε διαμεσολαβητή. Ο διαμεσολαβητής είναι μία απλή βάση δεδομένων με δυνατότητες επικοινωνίας. Βασική δουλειά του είναι να διατηρεί τις επιτρεπόμενες αλληλεπιδράσεις σε κλάσεις επικοινωνίας, των οποίων ο αριθμός είναι σταθερός και ανεξάρτητος του μεγέθους του πληθυσμού. Για τον λόγο αυτό υποθέτουμε ότι κάθε πράκτορας του πληθυσμού έχει έναν μοναδικό προσδιοριστή (ίσως εργοστασιακό) τον οποίο ο ίδιος δεν μπορεί να γνωρίζει. Όταν δύο πράκτορες πρόκειται να αλληλεπιδράσουν αποστέλλουν τους μοναδικούς προσδιοριστές τους (ταυτότητες) στον διαμεσολαβητή ο οποίος τους κοινοποιεί την κλάση στην οποία ανήκει το μεταξύ τους κανάλι επικοινωνίας (δηλαδή, την κατάσταση του κατευθυνόμενου ή μη ζεύγους των προσδιοριστών τους) και οι πράκτορες ανανεώνουν την κατάστασή τους και την κατάσταση της μεταξύ τους ακμής βάσει μίας καθολικής συνάρτησης μετάβασης. Εάν η μεταξύ τους αλληλεπίδραση δεν επιτρέπεται ή, με άλλα λόγια, αν το ζεύγος αυτό δεν υπάρχει στη βάση δεδομένων του διαμεσολαβητή οι πράκτορες ενημερώνονται ότι θα πρέπει να ματαιώσουν την αλληλεπίδραση. Παρατηρούμε ότι με τον τρόπο αυτό αρχίζουμε να αποκτούμε κάποιον έλεγχο σχετικά με την ασφάλεια του δικτύου και επιπλέον μέσω του διαμεσολαβητή μπορούμε ανά πάσα στιγμή να γνωρίζουμε την τοπολογία του δικτύου. Ισοδύναμα, είναι σα να επιτρέπουμε στις ακμές του γράφου επικοινωνίας να διατηρούν καταστάσεις από ένα σύνολο καταστάσεων ακμών σταθερού πληθικού αριθμού. Ο εναλλακτικός αυτός τρόπος να δούμε το νέο μοντέλο έχει πολλά πλεονεκτήματα ως προς την τυπική μοντελοποίηση και τον σχεδιασμό πρωτοκόλλων, αφού μας επιτρέπει να παραβλέψουμε τις λεπτομέρειες υλοποίησης του διαμεσολαβητή. Επιπρόσθετα, επεκτείνουμε περαιτέρω το νέο μοντέλο επιτρέποντας στις ακμές να έχουν κόστη από ένα, επίσης, σταθερού πληθικού αριθμού σύνολο, τα οποία είναι μόνο προς ανάγνωση. Εν συνεχεία, επιτρέπουμε στους κανόνες μεταβάσεων των εκάστοτε πρωτοκόλλων να διαβάζουν τις καταστάσεις του ζεύγους πρακτόρων που αλληλεπιδρούν και την κατάσταση και το κόστος της ακμής μέσω της οποίας γίνεται η αλληλεπίδραση (αν, φυσικά, έχουμε ορίσει κόστη στο πρόβλημά μας) και να ανανεώνουν όλα αυτά τα στοιχεία πέραν από τα κόστη που είναι μόνο προς ανάγνωση. Παρατηρούμε, επομένως, ότι οι προδιαγραφές των πρωτοκόλλων του νέου μοντέλου συνεχίζουν, να είναι ανεξάρτητες του μεγέθους του πληθυσμού και συνεχίζουν να μην χρησιμοποιούν μοναδικούς προσδιοριστές, δηλαδή, το νέο μοντέλο διατηρεί τα χαρακτηριστικά της κλιμάκωσης, της ομοιομορφίας και της ανωνυμίας. Τα Πρωτόκολλα Πληθυσμών με Διαμεσολαβητή (Mediated Population Protocols - MPP) που προτείνουμε μπορούν να υπολογίσουν σταθερά ιδιότητες γράφων σχετικά με τον γράφο επικοινωνίας. Για να το δείξουμε αυτό παρουσιάζουμε πρωτόκολλα για το μεγιστοτικό ταίριασμα, την μεταβατική θήκη, τις ακμές ελαχίστου κόστους και το ελάχιστο μονοπάτι από τη ρίζα ως τα φύλλα ενός έξω-κατευθυνόμενου δέντρου και αποδεικνύουμε την ορθότητά τους. Εν συνεχεία, δείχνουμε ότι το μοντέλο των πρωτοκόλλων με διαμεσολαβητή αποτελεί ένα ισχυρότερο υπολογιστικά μοντέλο από το κλασικό μοντέλο των πρωτοκόλλων πληθυσμών. Πρώτα παρατηρούμε το προφανές, ότι, δηλαδή, το κλασικό μοντέλο των πρωτοκόλλων πληθυσμών είναι ειδική περίπτωση του νέου μοντέλου, άρα το νέο μοντέλο μπορεί να κάνει σίγουρα τουλάχιστον ότι και το κλασικό. Εν συνεχεία, παρουσιάζουμε ένα πρωτόκολλο με διαμεσολαβητή το οποίο υπολογίζει σταθερά το γινόμενο δύο θετικών ακέραιων στην περίπτωση που ο G (γράφος επικοινωνίας) είναι πλήρης κατευθυνόμενος και συνεκτικός. Τα κατηγορήματα που περιλαμβάνουν πολλαπλασιασμό δύο ακέραιων μεταβλητών δεν είναι ημιγραμμικά και έχει αποδειχθεί ότι τα κλασικά πρωτόκολλα πληθυσμών σε πλήρεις γράφους υπολογίζουν σταθερά μόνο ημιγραμμικά κατηγορήματα, άρα με τον τρόπο αυτό δείχνουμε ότι υπάρχει τουλάχιστον ένα κατηγόρημα που ενώ δεν υπολογίζεται σταθερά απ'' το βασικό μοντέλο υπολογίζεται σταθερά από το μοντέλο το οποίο προτείνουμε. Για τις ανάγκες της απόδειξης διατυπώνουμε και αποδεικνύουμε ένα γενικό Θεώρημα σχετικά με τη σύνθεση δύο πρωτοκόλλων πληθυσμών με διαμεσολαβητή, το ένα εκ των οποίων χρησιμοποιεί σταθεροποιούμενες εισόδους. Δείχνουμε, επίσης, ότι όλα τα κατηγορήματα που υπολογίζονται σταθερά απ'' το μοντέλο μας ανήκουν (μη ομοιόμορφα) στην κλάση NSPACE(m), όπου το m συμβολίζει το πλήθος των ακμών του γράφου επικοινωνίας. Τέλος, ορίζουμε τα πιθανοτικά πρωτόκολλα πληθυσμών με διαμεσολαβητή, στα οποία ο δρομολογητής επιλέγει σε κάθε βήμα την επόμενη αλληλεπίδραση ισοπίθανα μεταξύ των ακμών του γράφου επικοινωνίας και δείχνουμε ότι κάθε Peano κατηγόρημα που υπολογίζεται σταθερά από ένα πιθανοτικό MPP μπορεί να επαληθευτεί σε αιτιοκρατικό πολυωνυμικό χρόνο. / In this work we extend the population protocol model of Angluin et al., in order to model more powerful networks of very small resource limited artefacts (agents) that is possible to follow some unpredictable passive movement. These agents communicate in pairs according to the commands of an adversary scheduler. A directed (or undirected) communication graph encodes the following information: each edge (u,υ) denotes that during the computation it is possible for an interaction between u and υ to happen in which u is the initiator and υ the responder. The new characteristic of the proposed mediated population protocol model is the existance of a passive communication provider that we call mediator. The mediator is a simple database with communication capabilities. Its main purpose is to maintain the permissible interactions in communication classes, whose number is constant and independent of the population size. For this reason we assume that each agent has a unique identifier for whose existence the agent itself is not informed and thus cannot store it in its working memory. When two agents are about to interact they send their ids to the mediator. The mediator searches for that ordered pair in its database and if it exists in some communication class it sends back to the agents the state corresponding to that class. If this interaction is not permitted to the agents, or, in other words, if this specific pair does not exist in the database, the agents are informed to abord the interaction. Note that in this manner for the first time we obtain some control on the safety of the network and moreover the mediator provides us at any time with the network topology. Equivalently, we can model the mediator by communication links that are capable of keeping states from a edge state set of constant cardinality. This alternative way of thinking of the new model has many advantages concerning the formal modeling and the design of protocols, since it enables us to abstract away the implementation details of the mediator. Moreover, we extend further the new model by allowing the edges to keep readable only costs, whose values also belong to a constant size set. We then allow the protocol rules for pairwise interactions to modify the corresponding edge state by also taking into account the costs. Thus, our protocol descriptions are still independent of the population size and do not use agent ids, i.e. they preserve scalability, uniformity and anonymity. The proposed Mediated Population Protocols (MPP) can stably compute graph properties of the communication graph. We show this for the properties of maximal matchings (in undirected communication graphs), also for finding the transitive closure of directed graphs and for finding all edges of small cost. We demonstrate that our mediated protocols are stronger than the classical population protocols. First of all we notice an obvious fact: the classical model is a special case of the new model, that is, the new model can compute at least the same things with the classical one. We then present a mediated protocol that stably computes the product of two nonnegative integers in the case where G is complete directed and connected. Such kind of predicates are not semilinear and it has been proven that classical population protocols in complete graphs can compute precisely the semilinear predicates, thus in this manner we show that there is at least one predicate that our model computes and which the classical model cannot compute. To show this fact, we state and prove a general Theorem about the composition of two mediated population protocols, where the first one has stabilizing inputs. We also show that all predicates stably computable in our model are (non-uniformly) in the class NSPACE(m), where m is the number of edges of the communication graph. Finally, we define Randomized MPP and show that, any Peano predicate accepted by a Randomized MPP, can be verified in deterministic polynomial time.

Τα μελλοντικά περιβάλλοντα υπολογισμού περιλαμβάνουν την ενσωμάτωση καθημερινών αντικειμένων, εφοδιασμένα με μικροσκοπικούς επεξεργαστές, αισθητήρες και κάρτες ασύρματων δικτύων. Τα έξυπνα αυτά αντικείμενα (τεχνουργήματα) μπορούν να εξερευνούν το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται και να επικοινωνούν μεταξύ τους. Η διαδραστικότητα με τον άνθρωπο μπορεί να παρέχει τη δυνατότητα αντιμετώπισης διαφόρων εργασιών με διαισθητικό τρόπο. Γίνεται αντιληπτό ότι μέσα σε ένα τέτοιο περιβάλλον, προκύπτουν σοβαρά ζητήματα που σχετίζονται με την ιδιωτικότητα των χρηστών. Αρχικά, εξαιτίας της αορατότητας των υπολογισμών που έχει σαν αποτέλεσμα οι χρήστες να μην τους αντιλαμβάνονται και έτσι να μην αισθάνονται ασφαλείς στο περιβάλλον αυτό. Επιπλέον, η παροχή ορισμένων υπηρεσιών απαιτεί τη μετάδοση και επεξεργασία προσωπικών δεδομένων και, ως εκ τούτου, εγκυμονεί κινδύνους για την προσωπική ζωή. Στην παρούσα εργασία ένα τέτοιο περιβάλλον (περιβάλλον περιρρέουσας νοημοσύνης) με τα παραπάνω χαρακτηριστικά, μοντελοποιείται μέσω των σφαιρών δραστηριοτήτων. Μια σφαίρα δραστηριοτήτων περιλαμβάνει όλη εκείνη την πληροφορία που απαιτείται για να εκτελεστεί μια συγκεκριμένη εργασία μέσα στο περιβάλλον. Στόχος της εργασίας είναι η μοντελοποίηση πολιτικών ιδιωτικότητας με κέντρο το χρήστη, η οποία μπορεί να πραγματοποιηθεί σε μια σφαίρα σε οποιοδήποτε περιβάλλον περιρρέουσας νοημοσύνης. Για να επιτευχθεί σημασιολογική ομοιογένεια, παρά την πιθανή ετερογένεια των πόρων ενός τέτοιου συστήματος, έχει σχεδιαστεί μια οντολογία για την αναπαράσταση αυτών των πολιτικών. Επιπλέον το σημασιολογικό αυτό πλαίσιο μοντελοποιεί τις βασικές αρχές και τους κανόνες αναφορικά με την προστασία των προσωπικών δεδομένων και την ιδιωτικότητα. Η προτεινόμενη οντολογία αξιολογείται βάσει αναγνωρισμένων κριτηρίων όπως είναι οι ερωτήσεις επάρκειας / Future computing environments involve integrating everyday objects equipped with tiny processors, sensors and wireless network cards. These smart objects (artifacts) may explore their environment and communicate with each other. Interactivity with humans may provide the ability of dealing with tasks in an intuitive way. It is clear that within this environment, serious issues related to the privacy of the users arise. Initially, due to the invisibility of all computations which results to the users being unaware of them. Moreover, the provision of certain services requires the transmission and processing of user’s personal data and thus poses a serious threat to their privacy. In the present project such an environment (ambient intelligence environment) with the above characteristics, is modeled through the concept of activity spheres. An activity sphere contains all the necessary information needed to realize a specific task within this environment. The aim of the project is to model a user-centered privacy policy which could be realized for a sphere in any ambient intelligence environment it is instantiated. To achieve semantic homogeneity, despite the possible heterogeneity of the resources within such an environment, an ontology has been designed. Furthermore, this semantic framework, models the fundamental principles and rules regarding personal data protection and privacy. The proposed ontology is evaluated by means of well-appreciated criteria such as competency questions

Η εξέλιξη της τεχνολογίας στον τομέα του κινητού και διάχυτου υπολογισμού έχει δημιουργήσει πολλές δυνατότητες για πρόσβαση μέσω φορητών συσκευών σε πληροφορίες που σχετίζονται με συγκεκριμένο χώρο και αντικείμενα. Οι τεχνολογίες αυτές είναι ιδιαίτερα ελκυστικές για χώρους πολιτισμού όπου μπορούν να αποτελέσουν το υπόβαθρο για μαθησιακές εμπειρίες με παιγνιώδη χαρακτηριστικά. Η διπλωματική αυτή εργασία, που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο της Ερευνητικής Ομάδας Αλληλεπίδρασης Ανθρώπου Υπολογιστή, του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών, υπό την επίβλεψη του καθηγητή Νικόλαου Αβούρη, περιγράφει τη μελέτη, ανάπτυξη και αξιολόγηση μίας κινητής εφαρμογής σε χώρο πολιτισμού. Συγκεκριμένα, αφορά το Benaki MuseumScrabble (BMS), ένα χώρο-ευαίσθητο παιχνίδι για φορητές συσκευές, το οποίο απευθύνεται σε επισκέπτες του Μουσείου Μπενάκη. Στόχος του παιχνιδιού είναι να εμπλέξει τους παίχτες σε μια διαδικασία παιγνιώδους εξερεύνησης της έκθεσης του μουσείου και να αναδείξει τα εκθέματα αλλά και υλικό που ανήκει στο τμήμα της συλλογής που δεν εκτίθεται. / Location sensitive mobile games, are usually ludic multiplayer activities where engaging the physical space in the game is of particular importance. They are designed to be played in specific physical spaces, using mobile devices, leading to a strong interplay between physical and virtual spaces. These games have features such as motion and action in physical space, awareness of the surroundings of the player, interaction between players, as well as interaction with objects of the real world in different ways. These characteristics make them particularly attractive for learning activities in real space and have been used in recent years in cultural spaces where social, experiential and situated learning can take place [de Souza, 06]. The basic idea is that such games motivate players to associate information with physical activity, and are attractive as learning tools because they help the integration of the physical and social space with the digital dimension. In this context, it is interesting to explore the design process of an activity of this type, the rules of the game and the development of the corresponding technology (software, appliances, etc.), as well as the involvement of a museum's collection and the related digital information. The objective of this thesis is to describe the design and development of Benaki MuseumScrabble (BMS), a location sensitive game for mobile devices, aimed for young visitor and designed for part of the collection of the Benaki Historical Museum, in Athens.

Τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων (ΑΔΑ) αποτελούν μία αρκετά πρόσφατη και πολλά υποσχόμενη νέα τεχνολογία που βρίσκει πληθώρα εφαρμογών. Λόγω της ευρύτατης εφαρμοσιμότητάς της και της προφανούς θέσης που βρίσκει στο σύγχρονο κατανεμημένο υπολογιστικό κόσμο, η επιστημονική τυπική θεμελίωση των νόμων που διέπουν αυτή τη νέα τεχνολογία καθίσταται απαραίτητη. Έτσι, έχουν προταθεί πολλά νέα υπολογιστικά μοντέλα για ΑΔΑ. Μία ειδική κατηγορία τέτοιων συστημάτων είναι τα Πρωτόκολλα Πληθυσμών (ΠΠ). Αυτά διέπονται από τρία ιδιαίτερα χαρακτηριστικά: Οι κόμβοι αίσθησης (πράκτορες) κινούνται παθητικά, δηλαδή δε μπορούν να ελέγξουν την κίνηση στην οποία υπόκεινται, η διαθέσιμη μνήμη κάθε κόμβου είναι πολύ περιορισμένη και οι πράκτορες αλληλεπιδρούν κατά ζεύγη. Έχει αποδειχθεί ότι ένα κατηγόρημα είναι υπολογίσιμο από το μοντέλο των ΠΠ εάν και μόνο εάν είναι ημιγραμμικό. Η κλάση των ημιγραμμικών κατηγορημάτων αποτελεί μία αρκετά μικρή κλάση. Στην παρούσα εργασία, βασικός μας στόχος είναι η επέκταση του μοντέλου των πρωτοκόλλων πληθυσμών με σκοπό το κέρδος σε υπολογιστική ισχύ. Πρώτα κάνουμε την παραδοχή ότι, πέρα των κόμβων αίσθησης, και οι ακμές του γραφήματος μπορούν να διατηρούν περιορισμένες καταστάσεις. Έτσι, σε ένα πλήρες γράφημα n κόμβων είναι σα να έχουμε προσθέσει Ο(n^2) επιπλέον θέσεις μνήμης οι οποίες διαβάζονται και γράφονται μόνο από τα άκρα της αντίστοιχης ακμής. Αποδεικνύουμε ότι το νέο μοντέλο, το οποίο καλούμε μοντέλο Πρωτοκόλλων Πληθυσμών με Διαμεσολαβητή, μπορεί να λειτουργήσει ως μία κατανεμημένη ανταιτιοκρατική μηχανή Turing (ΜΤ) που χρησιμοποιεί όλη τη διαθέσιμη μνήμη. Η μόνη διαφορά από μία συνήθη ΜΤ είναι ότι η συγκεκριμένη μηχανή υπολογίζει μόνο συμμετρικές γλώσσες. Πιο τυπικά, δείχνουμε ότι ένα κατηγόρημα είναι υπολογίσιμο από το νέο μοντέλο εάν και μόνο εάν είναι συμμετρικό και ανήκει στην NSPACE(n^2). Επιπλέον, μελετάμε και τη δυνατότητα του νέου μοντέλου να διαγιγνώσκει γλώσσες γραφημάτων (για γενικά γραφήματα). Εν συνεχεία, αγνοούμε τις καταστάσεις των ακμών και δίνουμε μία νέα βελτίωση και πάλι απευθείας απ' το μοντέλο των ΠΠ. Η υπόθεση που κάνουμε τώρα είναι ότι οι πράκτορες είναι πολυταινιακές ΜΤ με άπειρη μνήμη, που μπορούν τόσο να εκτελούν εσωτερικό υπολογισμό όσο και να αλληλεπιδρούν με άλλους πράκτορες και ορίζουμε χωρικά φραγμένους υπολογισμούς. Καλούμε το νέο αυτό μοντέλο, μοντέλο Παθητικά κινούμενων Μηχανών. Αποδεικνύουμε ότι αν χρησιμοποιείται σε κάθε πράκτορα μνήμη το πολύ f(n) για f(n)=Ω(log n) τότε ένα κατηγόρημα είναι υπολογίσιμο από το νέο μοντέλο εάν και μόνο εάν είναι συμμετρικό και ανήκει στην NSPACE(nf(n)). Δείχνουμε επίσης ότι αυτό δεν ισχύει για f(n)=o(log n). Βασιζόμενοι σε αυτά, δείχνουμε ότι για f(n)=Ω(log n) υπάρχει μία χωρική ιεραρχία ακριβώς όπως και για τις συνήθεις (συμμετρικές) ΜΤ. Δείχνουμε επίσης ότι αυτό δεν ισχύει για f(n)=o(loglog n), καθώς στην τελευταία περίπτωση η αντίστοιχη κλάση καταρρέει μέσα στην κλάση των ημιγραμμικών κατηγορημάτων, και τέλος ότι για f(n)=Ω(loglog n) η κλάση γίνεται αυστηρά μεγαλύτερη των ημιγραμμικών κατηγορημάτων. Αφήνουμε ανοικτό το πρόβλημα του τι ακριβώς συμβαίνει για χωρικά φράγματα f(n) τέτοια ώστε f(n)=Ω(loglog n) και f(n)=o(log n). / Wireless Sensor Networks (WSNs) constitute a recent and promising new technology that is widely applicable. Due to the applicability of this technology and its obvious importance for the modern distributed computational world, the formal scientific foundation of its inherent laws becomes essential. As a result, many new computational models for WSNs have been proposed. Population Protocols (PPs) are a special category of such systems. These are mainly identified by three distinctive characteristics: the sensor nodes (agents) move passively, that is, they cannot control the underlying mobility pattern, the available memory to each agent is restricted, and the agents interact in pairs. It has been proven that a predicate is computable by the PP model iff it is semilinear. The class of semilinear predicates is a fairly small class. In this work, our basic goal is to enhance the PP model in order to improve the computational power. We first make the assumption that not only the nodes but also the edges of the communication graph can store restricted states. In a complete graph of n nodes it is like having added O(n^2) additional memory cells which are only read and written by the endpoints of the corresponding edge. We prove that the new model, called Mediated Population Protocol model, can operate as a distributed nondeterministic Turing machine (TM) that uses all the available memory. The only difference from a usual TM is that this one computes only symmetric languages. More formally, we establish that a predicate is computable by the new model iff it is symmetric and belongs to NSPACE(n^2). Moreover, we study the ability of the new model to decide graph languages (for general graphs). The next step is to ignore the states of the edges and provide another enhancement straight away from the PP model. The assumption now is that the agents are multitape TMs equipped with infinite memory, that can perform internal computation and interact with other agents, and we define space-bounded computations. We call this the Passively mobile Machines model. We prove that if each agent uses at most f(n) memory for f(n)=Ω(log n) then a predicate is computable iff it is symmetric and belongs to NSPACE(nf(n)). We also show that this is not the case for f(n)=o(log n). Based on these, we show that for f(n)=Ω(log n) there exists a space hierarchy like the one for classical symmetric TMs. We also show that the latter is not the case for f(n)=o(loglog n), since here the corresponding class collapses in the class of semilinear predicates and finally that for f(n)=Ω(loglog n) the class becomes a proper superset of semilinear predicates. We leave open the problem of characterizing the classes for f(n)=Ω(loglog n) and f(n)=o(log n).

Σήμερα, βρισκόμαστε ήδη στο στάδιο μετάβασης από τις παραδοσιακές επιτραπέζιες υπολογιστικές τεχνολογίες στα διάχυτα (ubiquitous) υπολογιστικά περιβάλλοντα που θα μας υποστηρίζουν σχεδόν σε κάθε καθημερινή μας λειτουργία ή δραστηριότητα. Παράλληλα, υπάρχει μία αυξανόμενη τάση για τοποθέτηση του χρήστη στο κέντρο των υπηρεσιών. Αυτό σημαίνει ότι οι υπηρεσίες θα προσαρμόζονται με βάση το στενό και ευρύτερο περιβάλλον διαβίωσης (context), τις ανάγκες και τις προτιμήσεις των χρηστών. Δύο από τις βασικότερες έννοιες στις οποίες βασίζεται η προσφορά διάχυτων εξατομικευμένων υπηρεσιών είναι η γνώση πλαισίου (context awareness) και η μοντελοποίηση χρηστών (user modeling). Η έλευση του διάχυτου υπολογισμού και η χρησιμοποίηση της διάχυτης μοντελοποίησης χρηστών (ubiquitous user modeling) έχει δημιουργήσει νέες προσδοκίες και προκλήσεις για την παροχή εξατομικευμένων υπηρεσιών σε πολλούς τομείς εφαρμογών μεταξύ των οποίων είναι και ο τομέας της υγείας. Η ιατρική αντιμετώπιση αλλάζει πλέον κατεύθυνση και γίνεται προστατευτική, προληπτική και εύκολα προσεγγίσιμη (π.χ. στη δουλειά, στο σπίτι, κλπ.), συνοδευόμενη από συνεχή και εμμένουσα παροχή υψηλής ποιότητας εξατομικευμένης ιατρικής συμβουλής και υποστήριξης. Οι σύγχρονες ιατρικές υπηρεσίες αναμένονται να είναι διαθέσιμες κάθε στιγμή, 7 ημέρες την εβδομάδα και να παρέχονται με έναν εξατομικευμένο τρόπο ώστε να απευθύνονται στις ιδιαίτερες ανάγκες και απαιτήσεις κάθε ατόμου. Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται μία μεθοδολογία παροχής διάχυτων υπηρεσιών σε εξελιγμένα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα που συνδυάζει τη γνώση πλαισίου, τη μοντελοποίηση χρηστών και τα κοινωνικά δίκτυα (social networks). Η μεθοδολογία αυτή εφαρμόστηκε στον ιατρικό χώρο και ειδικότερα στις διαταραχές άγχους. Πιο συγκεκριμένα, στη διατριβή καθορίστηκαν πλήρως οι παράμετροι πλαισίου που σχετίζονται άμεσα με τις διαταραχές άγχους και προτάθηκε ένα μοντέλο πλαισίου που βασίζεται σε οντολογίες. Επίσης, μελετήθηκε η δομή και οι τεχνικές κατασκευής και ανανέωσης των μοντέλων χρηστών, ενώ μελετήθηκε η χρήση των κοινωνικών δικτύων για την παροχή ιατρικής φροντίδας και οι ρόλοι των μελών τους στις διαταραχές άγχους. Τέλος, προτάθηκε η αρχιτεκτονική ενός συστήματος γνώσης πλαισίου που ενσωματώνει τις ανωτέρω τεχνολογίες, τμήμα του οποίου αναπτύχθηκε, υλοποιήθηκε και αξιολογήθηκε από επαγγελματίες ιατρούς. Κατά την εφαρμογή της παραπάνω μεθοδολογίας στις διαταραχές άγχους αναπτύχθηκε η εφαρμογή PerMed που αποτελεί ένα εργαλείο αρχειοθέτησης και επεξεργασίας των προσωπικών πληροφοριών των ασθενών και τέσσερις υπηρεσίες που στοχεύουν στην υποστήριξη της θεραπείας των διαταραχών άγχους. Οι τρεις εστιάζουν στην ανακάλυψη πιθανών συσχετίσεων στα δεδομένα πλαισίου, ενώ η τέταρτη στοχεύει στην πρόβλεψη του άγχους που θα παρουσιάσει ένας ασθενής σε ένα δεδομένο πλαίσιο. Τα σχόλια που λάβαμε από επαγγελματίες ψυχιάτρους είναι αρκετά ενθαρρυντικά και ευελπιστούμε ότι η προτεινόμενη προσέγγιση θα αποτελέσει ένα ισχυρό εργαλείο υποστήριξης της θεραπείας των διαταραχών άγχους. / Today, we are already on the transition from the traditional desktop-based computing technologies towards ubiquitous computing environments that will enfold us in almost all our daily situations and activities. Simultaneously, there exists an increased tendency of putting the user into the center of service delivery. This means that the services in the ubiquitous environments should be adapted to the context, the needs and the preferences of users. Two of the key-concepts, based on which the delivery of ubiquitous personalized services is realized, are context-awareness and user modeling. The emergence of ubiquitous computing and ubiquitous user modeling has created new expectations and challenges for the delivery of personalized services in a considerable amount of application domains, among which is the healthcare domain. Healthcare provision changes direction becoming protective, proactive and more reachable (e.g. at home or at work), accompanied by continuous and persistent provision of personalized high-quality health advice and assistance. Modern healthcare services are expected to be available around the clock, seven days a week and delivered in a personalized manner addressing the specific needs and preferences of each individual. The present dissertation presents a methodology of providing ubiquitous services at advanced telecommunication networks, which combines context-awareness, user modeling and social networks. This methodology was implemented in the healthcare domain and more specifically in anxiety disorders. In particular, in this dissertation, the contextual aspects that are directly associated with anxiety disorders were defined and an ontology-based context model was proposed. In addition, the user models’ structure was determined and the techniques for the processing of their content were developed. Furthermore, the use of social networks in anxiety disorders and the role of their members were studied. Finally, the architecture of a context-aware system that integrates all the above technologies was proposed, a part of which was developed, implemented and evaluated by professional psychiatrists. During the implementation of the proposed methodology in anxiety disorders, the PerMed application that provides medical experts with a tool for archiving and processing the patient’s personal data and four treatment supportive services were developed. The three of them focus on the discovery of possible associations between the patient’s contextual data and the last service aims at predicting the stress level a patient might suffer from, in a given context. The feedback received from expertized psychiatrists was very encouraging and we hope that the proposed approach will constitute a powerful treatment supportive tool for anxiety disorders.