Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός ενός αναλογικού ενισχυτικού κυκλώματος χαμηλού θορύβου το οποίο θα λειτουργεί σε υψηλές συχνότητες. Ο ενισχυτής αυτός προορίζεται για χρήση στο analog front end κυκλωμάτων τα οποία θα υποστηρίζουν πρωτόκολλα μεταφοράς πληροφορίας σε δίκτυα ισχύος (Power Line Communication, Internet of Things). Για τον σχεδιασμό γίνεται η χρήση της κλασικής θεωρίας μικροηλεκτρονικών κυκλωμάτων αλλά και της μικροκυματικής θεωρίας. Παρουσιάζονται οι διάφορες τοπολογίες των τρανζίστορ BJT, γίνεται μία παρουσίαση των βασικότερων πηγών θορύβου και αναφέρονται βασικές αρχές των S παραμέτρων και της προσαρμογής εμπέδησης. Ο ενισχυτής κοινού εκπομπού απορρίφθηκε καθώς αποδείχθηκε αμφίπλευρος οπότε καταλήξαμε στην επιλογή της cascode τοπολογίας η οποία προσδίδει ευστάθεια, απομόνωση και καλή γραμμικότητα. Η απόλυτη προδιαγραφή που τέθηκε για το θόρυβο δεν επιτεύχθηκε και οπότε αναφέραμε τους λόγους που οδήγησαν σε αυτό και προτείναμε πιθανές λύσεις μέσω άλλων υλοποιήσεων. / The subject of this diploma thesis is the design of a low noise high-frequency analogue amplifier. The amplifier is designed to be used in the analog front end of circuits designed to support protocols that control the transmission of information over power lines (internet of things). To achieve this goal we make use of classic microelectronics theory but also microwave theory. The topologies of the BJT transistors are presented, we also go through the basic noise production reasons and we also make a short reference on the s-parameters and on the basic principles of impedance matching. The common emitter amplifier proved to be bilateral, so the cascode amplifier, which provides stability, isolation and linearity, was preferred. The noise specification was not achieved so we present the basic reasons of this, as well as we propose possible solutions.

Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν να μελετήσει την ψυχοκοινωνική προσαρμογή και την αυτοεκτίμηση παιδιών με και χωρίς μαθησιακές δυσκολίες (ΜΔ), που φοιτούσαν στην Ε΄και Στ΄τάξη του Δημοτικού. Στη μελέτη έλαβαν μέρος συνολικά 137 μαθητές, εκ των οποίων οι 36 παρουσίαζαν ΜΔ βάσει εκτιμήσεων των εκπαιδευτικών σε αντίθεση με τους υπόλοιπους 101 μαθητές. Σε όλους τους συμμετέχοντες χορηγήθηκε ένα ερωτηματολόγιο αυτοαναφοράς με το οποίο συλλέχθηκαν κάποια δημογραφικά στοιχεία και μετρήθηκε η ψυχοκοινωνική προσαρμογή και οι επιμέρους διαστάσεις της – κοινωνική, σχολική, συναισθηματική επάρκεια, προβλήματα συμπεριφοράς και αυτοαντίληψη – καθώς επίσης η αυτοεκτίμηση. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων έδειξαν ότι οι μαθητές με ΜΔ του δείγματος παρουσίαζαν χαμηλότερη ψυχοκοινωνική προσαρμογή και αυτοεκτίμηση από τους τους μαθητές χωρίς ΜΔ. Ακόμη, , τα παιδιά με ΜΔ σημείωσαν χαμηλότερο σκορ στην κοινωνική επάρκεια και την αυτοαντίληψη και υψηλότερο σκορ στα προβλήματα συμπεριφοράς συγκριτικά με τα παιδιά χωρίς ΜΔ. Ωστόσο, δεν υπήρξαν διαφοροποιήσεις μεταξύ των δύο ομάδων συμμετεχόντων ως προς τη σχολική και συναισθηματική επάρκεια. / The purpose of this study was to examine psychosocial adjustment and self-esteem in students with learning disabilities (LD) compared to their normally achieving classmates. The sample of the study consisted of 137 fifth and sixth grade elementary school students. The normally achieving children were 10, whereas the children with LD were 36 and were identified based on teachers' ratings. Self-ratings were used to measure psychosocial adjustment and its dimensions – social competence, school competence, emotional competence, behavioral problems, self-concept ¬– as well as self-esteem. Also, demographic data were obtained. The results of this study showed that children with LD exhibited lower psychosocial adjustment and self-esteem compared to their normally achieving classmates. Also, they had lower scores in social competence and self-concept, whereas they scored in behavioral problems. There was no significant differences found between children with and without LD school and emotional competence.

Οι μορφολογικές, φυσιολογικές και βιοχημικές προσαρμογές των φυτών (ή φύλλων) με διαφορετική έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία (σε συνθήκες πλήρους φωτός ή φυσικής σκίασης στο εσωτερικό της φυτικής κόμης) έχουν μελετηθεί και καταγραφεί λεπτομερώς. Στην παρούσα εργασία επανεξετάσαμε κάποιες από τις φυσιολογικές αυτές προσαρμογές, εκμεταλλευόμενοι τα πλεονεκτήματα της χρήσης σύγχρονων μεθόδων μέτρησης του in vivo φθορισμού της χλωροφύλλης. Επίσης, διερευνήθηκε η ύπαρξη προσαρμογών της φωτοσυνθετικής συσκευής σε διαφορετική ένταση φωτός, οι οποίες δεν ήταν είχαν μελετηθεί διεξοδικά. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικές τεχνικές φθορισμομετρίας, με τις οποίες μελετήθηκαν συγκριτικά αφ’ ενός οι κβαντικές αποδόσεις και οι περιορισμοί στα επιμέρους στάδια της φωτοσυνθετικής ροής ηλεκτρονίων και αφ’ ετέρου το ποσοστό συμμετοχής της κυκλικής ροής ηλεκτρονίων γύρω από το PSI και της φωτοαναπνοής στα φύλλα φωτός και σκιάς. Με βάση τα αποτελέσματά μας, θεωρούμε ότι το JIP-test μπορεί να προσφέρει αξιόπιστα και αξιοποιήσιμα αποτελέσματα. Πιο συγκεκριμένα, στα φύλλα που είναι προσαρμοσμένα στη σκιά φαίνεται να υπάρχει ένα εμπόδιο στη γραμμική ροή ηλεκτρονίων που εντοπίζεται γύρω από το φωτοσύστημα Ι. Οι παράμετροι που υποδεικνύουν αυτή την κατάσταση δείχνουν ότι περιοριστικός παράγοντας της ροής ηλεκτρονίων φαίνεται να είναι το μικρότερο ποσό των ενεργών κέντρων του PSI (1-VI) σε συνδυασμό με τα μικρότερα αποθέματα των τελικών αποδεκτών ηλεκτρονίων του (1/VI). Αυτό επιβεβαιώνεται από τη μικρότερη πιθανότητα μεταφοράς των ηλεκτρονίων από τους ενδιάμεσους φορείς στους τελικούς αποδέκτες ηλεκτρονίων του PSI (δRo) στα φύλλα σκιάς. Επιπρόσθετα, στην πλειοψηφία των φυτικών ειδών που εξετάστηκαν, η διαφορετική ποιότητα φωτός που δέχονται τα φύλλα σκιάς (φως εμπλουτισμένο σε βαθύ ερυθρό, που διεγείρει επιλεκτικά το PSI) σε σχέση με τα φύλλα φωτός φαίνεται να αυξάνει την κυκλική ροή ηλεκτρονίων γύρω από το PSI. Σε αυτά τα είδη οι προαναφερθείσες παράμετροι του JIP-test έχουν καλή συσχέτιση με το μέγεθος της κυκλικής ροής ηλεκτρονίων. Τέλος, μελετώντας τη φωτοαναπνοή, προκύπτει ότι στα φύλλα φωτός το ποσοστό του κύκλου C2 αυξάνεται με την αύξηση της φωτεινής ακτινοβολίας. Τα φύλλα σκιάς από την άλλη, φαίνεται να έχουν ένα όριο ως προς την προσαρμογή τους σε υψηλές εντάσεις φωτός. / The morphological and biochemical adjustments of plant leaf to high and low light intensity have been widely studied and recorded over the past years. In the present work, some of those physiological adjustments have been re-evaluated with the use of modern methods. In parallel, novel aspects of the light/shade acclimation syndrome were sought. Our results indicate that the JIP-test is quite useful for assessing parameters related to the function of both photosystems. In shade leaves, a lower content of PSI reaction centers (1-VI) combined with a smaller pool size of final electron acceptors of PSI seem to create an obstacle in linear electron flow around photosystem I. This is confirmed by the lower efficiency of electron transfer between intermediate carriers to the reduction of end electron acceptors of PSI (δRo). In addition, in the majority of plant species examined, shade leaves have higher rates of cyclic electron flow around PSI, which is probably caused by the quality of incident light (enriched in far red, FR). In these species there is good correlation between cyclic electron flow and the JIP-test parameters mentioned above. Photorespiration is known to be higher when the plant is under stress. Light acclimated leaves seem confirm that theory as they have higher oxygenase activity of Rubisco with increasing light intensity. On the other hand, shade leaves seem unable to fully adjust to very high light intensity.

Η παρούσα διπλωματική εργασία βρίσκεται στον ευρύτερο χώρο της μαθηματικής στατιστικής θεωρίας των γραφημάτων. Κύριος στόχος μας, όπως αναφέρει και ο τίτλος, είναι η μοντελοποίηση γραφημάτων, με απώτερο σκοπό την προσαρμογή, προσομοίωση και διάγνωση αυτών μέσω μοντέλων εκθετικών τυχαίων γραφημάτων. Το πρώτο κεφάλαιο δίνει μια συνοπτική παρουσίαση της διατύπωσης του προβλήματος και της θεωρίας των μοντέλων των εκθετικών τυχαίων γραφημάτων. Η βασική ιδέα είναι να θεωρήσουμε ως τυχαίες μεταβλητές τους δυνατούς δεσμούς μεταξύ των κόμβων ενός δοθέντος γραφήματος. Η γενική μορφή ενός μοντέλου εκθετικά τυχαίου γραφήματος καθορίζεται από κάποιες υποθέσεις σχετικές με τις εξαρτήσεις μεταξύ αυτών των τυχαίων μεταβλητών. Παρουσιάζουμε κάποιες διαφορετικές υποθέσεις εξάρτησης και τα αντίστοιχα μοντέλα, όπως τα γραφημάτα Bernoulli, τα δυαδικώς - ανεξάρτητα και τα τυχαία γραφήματα Markov. Επίσης, εξετάζουμε την ενσωμάτωση των χαρακτηριστικών, που μπορούν να έχουν οι κόμβοι, σε μοντέλα κοινωνικής επιλογής, δηλαδή, σε περιπτώσεις που οι συνδέσεις του γραφήματος μπορούν να προβλέψουν τα χαρακτηριστικά των κόμβων. Συνοψίζουμε κάποιες καινούργιες υποθέσεις εξάρτησης, που είναι πολυπλοκότερες των πρώτων τέτοιων υποθέσεων της σχετικής βιβλιογραφίας. Συζητούμε τις διαδικασίες της στατιστικής εκτίμησης, συμπεριλαμβανομένων των νέων μεθόδων για την εκτίμηση της μέγιστης πιθανοφάνειας Monte Carlo. Τέλος, παρουσιάζουμε τις νέες προδιαγραφές για μοντέλα εκθετικών τυχαίων γραφημάτων, που έχουν προτείνει οι Snijders et al., οι οποίες βελτιώνουν σημαντικά τα αποτελέσματα της προσαρμογής εμπειρικών δεδομένων για εκθετικά μοντέλα ομοιογενών τυχαίων γραφημάτων Markov. Επιπλέον, οι νέες αυτές προδιαγραφές μας βοηθούν να αποφύγουμε το πρόβλημα του σχεδόν-εκφυλισμού, που συχνά παρεμβάλλεται στη διαδικασία της προσαρμογής μοντέλων εκθετικών τυχαίων γραφημάτων Markov, ιδιαίτερα όταν αυτά προέρχονται από εμπειρικά δεδομένα, που έχουν υψηλό βαθμό μεταβατικότητας. Η μελέτη μιας τέτοιας νέας στατιστικής με υψηλότερης τάξης μεταβατικότητα επιτρέπει την εκτίμηση των παραμέτρων των μοντέλων των εκθετικών γραφημάτων σε πολλές (αλλά όχι όλες) περιπτώσεις, στις οποίες διαφορετικά θα ήταν αδύνατο να εκτιμηθούν οι παράμετροι των μοντέλων των ομοιογενών γραφημάτων Markov. Στο δεύτερο, τρίτο και τέταρτο κεφάλαιο της εργασίας εφαρμόζουμε τις παραπάνω μεθόδους, αντιστοίχως, για τρείς αναλύσεις εμπειρικών δεδομένων: το δίκτυο Florentine, το δίκτυο Faux Magnolia High και τα δίκτυα IPRED και SWPAT. Σε αυτά τα κεφάλαια, παρουσιάζουμε τις διαδικασίες της προσαρμογής, προσομοίωσης και διάγνωσης με παράθεση των αντίστοιχων εντολών, χρησιμοποιώντας τα πακέτα statnet - ermg και sna, τα οποία δουλεύουν στο περιβάλλον του πακέτου ελεύθερου λογισμικού R. Τέλος, στο παράρτημα της εργασίας δίνουμε μια σύντομη εισαγωγή στο περιβάλλον R και σε κάποιες γενικές εντολές αυτού. / This specific project has to do with mathematical statistical graph theory. Our main target is to fit, simulate and diagnose models through exponential random graph models. In the first chapter we give a short presentation of the problem and the theory of exponential random graph models. The main idea is to consider each tie of a given network (graph) as a random variable. The general form of an exponential random graph model is defined from some relative assumptions that have to do with the dependence between those random variables. We present some different dependence assumptions and the corresponding models, such as Bernoulli graphs, dyadic-independent and Markov random graphs. We also examine the incorporation of the characteristics that a node may have in social networks. We also discuss the process of statistical estimation, including three new methods for the estimation of Monte Carlo maximum likelihood. Finally, we present new specifications for exponential random graph models, which Snijders et al. have proposed. These new specifications allow us to avoid the problem of degeneration. In the second, third and fourth chapter we apply the above methods in order to analyze Florentine network data, Faux Magnolia High data and IPred And Swpat data. In those chapters, we present the procedures of fit, simulate and diagnose exponential random graph models displaying the corresponding commands of statnet-ergm and sna packages that work in R. Finally we give a short introduction to R and to some relative commands.

Οι εφαρμογές πολυμέσων έχουν αποκτήσει τα τελευταία χρόνια μία αυξανόμενη ζήτηση από τους χρήστες γενικά του Διαδικτύου καθώς προσφέρουν νέες και ποικιλόμορφες δυνατότητες ανταλλαγής πληροφοριών εικόνας και ήχου. Όμως οι εφαρμογές αυτές υπόκεινται σε περιορισμούς που έχουν να κάνουν κυρίως με τη φύση τους και χαρακτηρίζονται από τις υψηλές απαιτήσεις σε ρυθμό μετάδοσης δεδομένων (bandwidth-consuming applications) και την ευαισθησία τους στις καθυστερήσεις που παρουσιάζονται κατά τη μετάδοση των πακέτων από τον αποστολέα στο παραλήπτη (delay-sensitive applications). Από την άλλη μεριά οι εφαρμογές αυτές φέρεται ότι είναι λιγότερο ευαίσθητες στις απώλειες των πακέτων (packet-loss tolerant applications). Το ζητούμενο όμως με τις εφαρμογές πολυμέσων, πέρα από το εύρος των υπηρεσιών τις οποίες προσφέρουν, είναι και η παρεχόμενη ποιότητα των υπηρεσιών (Quality of Service, QOS) στο τελικό χρήστη. Η ποιότητα αυτή των υπηρεσιών συνδέεται άμεσα με τα προαναφερόμενα χαρακτηριστικά των εφαρμογών πολυμέσων. Η μέχρι τώρα προσέγγιση από την ερευνητική κοινότητα αλλά και τις εταιρείες παροχής υπηρεσιών Διαδικτύου (Internet Service Providers), σε ότι αφορά την εξασφάλιση της ποιότητας υπηρεσιών, έχει εστιασθεί είτε στην επιμέρους βελτιστοποίηση της απόδοσης των πρωτοκόλλων μετάδοσης, είτε στην εγκατάσταση επιπλέον εξοπλισμού για τη δημιουργία δικτύων διανομής πολυμέσων (Content Distribution Networks, CDNs) που τοποθετούνται συνήθως κοντά στον τελικό χρήστη. Επιπρόσθετα η αυξανόμενη προσπάθεια της ερευνητικής κοινότητας με σκοπό την αύξηση της ποιότητας υπηρεσιών προσέφερε νέες καινοτόμες λύσεις με την μορφή των υπηρεσιών-αρχιτεκτονικών όπως οι Ολοκληρωμένες Υπηρεσίες (Integrated services, Intserv) και οι Διαφοροποιημένες Υπηρεσίες (Differentiated Services, Diffserv) οι οποίες φιλοδοξούν να προσφέρουν εγγυήσεις ποιότητας υπηρεσιών σε συγκεκριμένες ομάδες χρηστών. Όμως και οι δύο αυτές αρχιτεκτονικές δεν κατάφεραν μέχρι τώρα να αποτελέσουν μια ολοκληρωμένη λύση για τη παροχή εγγυήσεων ποιότητας υπηρεσιών στο χρήστη λόγω των μεγάλων δυσκολιών στην εφαρμογή τους που έχουν να κάνουν τόσο με χρηματοοικονομικά κριτήρια όσο και με τη ίδια τη δομή του Διαδικτύου. Έτσι βλέπουμε ότι παρόλη τη πρόοδο που έχει γίνει μέχρι σήμερα στη τεχνολογία των δικτύων η παροχή ποιότητας υπηρεσίας στο Διαδίκτυο από άκρο σε άκρο δεν είναι ακόμη στις μέρες μας εφικτή με αποτέλεσμα οι υπηρεσίες μετάδοσης πολυμέσων στο Διαδίκτυο – π.χ “youtube” – να επηρεάζονται σημαντικά από τις όποιες μεταβολές στη κατάσταση του δικτύου. Προς το σκοπό αυτό η ερευνητική κοινότητα έχει στραφεί στη μελέτη μηχανισμών οι οποίοι θα είναι να θέση να προσαρμόζουν το ρυθμό μετάδοσης της πολυμεσικής πληροφορίας, ανάλογα με τις εκάστοτε συνθήκες του δικτύου, έτσι ώστε να προσφέρουν τη μέγιστη δυνατή ποιότητα υπηρεσίας στο τελικό χρήστη. Η προσπάθεια αυτή μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε δύο μεγάλες κατηγορίες ανάλογα με το τρόπο δρομολόγησης της πολυμεσικής πληροφορίας, όπως παρακάτω: • Μηχανισμοί προσαρμογής για unicast μετάδοση: Σε αυτή τη περίπτωση οι μηχανισμοί προσαρμογής προσαρμόζουν το ρυθμό μετάδοσης της πληροφορίας από ένα σημείο (αποστολέας) προς ένα σημείο (παραλήπτης). • Μηχανισμοί προσαρμογής εκπομπής πολλαπλής διανομής (multicast): Στη περίπτωση αυτή οι μηχανισμοί προσαρμογής προσαρμόζουν το ρυθμό μετάδοσης της πληροφορίας που λαμβάνει χώρα από ένα σημείο (αποστολέας) προς πολλά σημεία (παραλήπτες). Σε ότι αφορά τη unicast μετάδοση την επικρατέστερη πρόταση αποτελεί ο μηχανισμός ελέγχου συμφόρησης με την ονομασία TCP Friendly Rate Control (TFRC) που έχει γίνει αποδεκτός ως διεθνές πρότυπο από τη Internet Engineering Task Force (IETF). Στη περιοχή της multicast εκπομπής ο μηχανισμός TCP-friendly Multicast Congestion Control (TFMCC) έχει γίνει επίσης αποδεκτός ως πειραματικό πρότυπο από την IETF. Παρόλα αυτά όμως εργαστηριακές μελέτες και πειράματα έχουν δείξει ότι τόσο ο μηχανισμός TFRC όσο και ο TFMCC δεν είναι και οι πλέον κατάλληλοι μηχανισμοί προσαρμογής για τη μετάδοση πολυμέσων. Τα κυριότερα προβλήματα αφορούν στη “φιλικότητα” των μηχανισμών αυτών προς το πρωτόκολλο Transmission Control Protocol (TCP) καθώς και στις απότομες διακυμάνσεις του ρυθμού μετάδοσης. Ιδιαίτερα οι απότομες διακυμάνσεις του ρυθμού μετάδοσης είναι ένα στοιχείο μη επιθυμητό από τις εφαρμογές πολυμέσων και ιδιαίτερα από τις εφαρμογές πολυμέσων πραγματικού χρόνου. Στη περιοχή των ασυρμάτων δικτύων τα προβλήματα τα οποία αντιμετωπίζονται κατά τη μετάδοση των πολυμέσων δεν έχουν τόσο άμεση σχέση με τη συμφόρηση του δικτύου (αυτή παρατηρείται κυρίως στα ενσύρματα δίκτυα), όσο με τις απώλειες των πακέτων που είναι ένα άμεσο αποτέλεσμα του μέσου διάδοσης. Η μέχρι τώρα προσέγγιση αφορά στην επιμέρους βελτιστοποίηση των διαφόρων πρωτοκόλλων των στρωμάτων του OSI έτσι ώστε να μειωθούν τα προβλήματα διάδοσης και να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες πακέτων και οι καθυστερήσεις από τον αποστολέα στο παραλήπτη. Κατά τα τελευταία χρόνια όμως κερδίζει όλο και περισσότερο έδαφος μια διαφορετική προσέγγιση η οποία έχει επικρατήσει να ονομάζεται διεθνώς ως “cross-layer optimization-adaptation”. Κατά τη προσέγγιση αυτή διαφαίνεται ότι θα μπορούσαμε να πετύχουμε τη βελτιστοποίηση της παρεχόμενης ποιότητας στις εφαρμογές πολυμέσων μέσω κάποιων μηχανισμών προσαρμογής, που θα εμπλέκουν περισσότερα του ενός εκ των στρωμάτων του OSI στις τρέχουσες συνθήκες του δικτύου. Η μεθοδολογία, οι προκλήσεις, οι περιορισμοί καθώς και οι εφαρμογές της διαστρωματικής (cross layer) προσαρμογής αποτελούν ένα ανοικτό ερευνητικό πεδίο το οποίο βρίσκεται αυτή τη στιγμή σε εξέλιξη. Σκοπός της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής είναι καταρχήν η μελέτη των υπαρχόντων μηχανισμών ελέγχου συμφόρησης που αφορούν τα ενσύρματα δίκτυα μη εγγυημένης ποιότητας, όπως το Διαδίκτυο. Προς τη κατεύθυνση αυτή αξιολογούνται αρχικά οι υπάρχοντες μηχανισμοί ελέγχου συμφόρησης και διαπιστώνονται τα κυριότερα προβλήματα τα οποία σχετίζονται με τη ποιότητα υπηρεσιών. Η αξιολόγηση γίνεται με βάση τα κριτήρια που αφορούν τόσο στη φιλικότητα των μηχανισμών αυτών προς το TCP όσο και στα κριτήρια που αφορούν τη ποιότητα υπηρεσιών των εφαρμογών πολυμέσων. Η αξιολόγηση αυτή μας οδηγεί στο σχεδιασμό νέων πρωτοκόλλων τα οποία υπόσχονται υψηλότερη φιλικότητα προς το TCP και καλύτερη ποιότητα υπηρεσιών. Ένα σημαντικό στοιχείο που διαφοροποιεί τα πρωτόκολλα αυτά από τις άλλες προσεγγίσεις είναι η ομαλή (smooth) συμπεριφορά κατά την οποία ελαχιστοποιούνται οι απότομες μεταβολές του ρυθμού μετάδοσης, που είναι μη επιθυμητές από τις εφαρμογές πολυμέσων, διατηρώντας παράλληλα ένα υψηλό ρυθμό απόκρισης στις απότομες μεταβολές των συνθηκών του δικτύου. Ένα δεύτερο σημαντικό στοιχείο της εργασίας αυτής είναι οι προσθήκες στις βιβλιοθήκες του προσομοιωτή ns-2 οι οποίες είναι ήδη αντικείμενο εκμετάλλευσης από άλλους ερευνητές. Για το σκοπό αυτό τα νέα πρωτόκολλα καθορίζονται πλήρως και ενσωματώνονται στις βιβλιοθήκες του προσομοιωτή ns-2 έτσι ώστε να είναι διαθέσιμα στην ερευνητική κοινότητα ως μέρος του προσομοιωτή, για περαιτέρω μελέτη και αξιολόγηση. Επεκτείνονται παράλληλα υπάρχοντα ερευνητικά εργαλεία προσομοιώσεων τα οποία επιτρέπουν την ανάλυση και την αξιολόγηση υπαρχόντων και μελλοντικών μηχανισμών προσαρμογής με βάση κριτήρια ποιότητας που αφορούν ειδικά τις εφαρμογές πολυμέσων, πλέον των “κλασσικών” κριτηρίων που σχετίζονται με μετρικά δικτύων. Σε ότι αφορά στα ασύρματα δίκτυα μελετάται η διαστρωματική προσαρμογή και εάν και κατά πόσο είναι δυνατό να επιτευχθεί η αύξηση της ποιότητας της παρεχόμενης υπηρεσίας μέσα από την εφαρμογή μια τέτοιας σχεδίασης. Μελετώνται οι διάφοροι τρόποι και μεθοδολογίες σχεδίασης μιας διαστρωματικής προσαρμογής και προτείνεται ένα νέο πλαίσιο με το οποίο είναι δυνατό να αυξήσουμε τη ποιότητα υπηρεσίας σε υβριδικά δίκτυα, που αποτελούνται τόσο από ενσύρματους όσο και από ασύρματους χρήστες. / Multimedia applications have gained in recent years an increasing demand from Internet users as they offer new opportunities and diverse multimedia services. These applications, however, are subject to restrictions which mainly have to do with its nature and are characterized by high requirements of the transmission rates (bandwidth-consuming applications) and their sensitivity to delays in the transmission of packets by the consignor to consignee (delay-sensitive applications). On the other hand, allegedly these applications are less sensitive to packet losses (packet-loss tolerant applications). The issue, however, with multimedia applications, except for the scope of the services which offer, is the Quality of Services (QoS) that is offered to the end user. This quality of services is directly linked to the above characteristics of multimedia applications. The approach so far by the research community and also the Internet Service Providers (ISPs), as regards ensuring the quality of service, has focused either to individually optimizing the efficiency of transmission protocols, or in the installation of additional equipment (servers) for the establishment of distribution networks (Content Distribution Networks, CDNS) which are normally positioned close to the final user. In addition, the growing effort of the research community with a view to increasing the quality of service offered new innovative solutions in the form of services-architectures like the Integrated Services (Intserv) and Differentiated Services (Diffserv ) which aspire to offer guarantees of quality of services in specific user groups. But these two architectures failed until now to become the solution for the provision of guarantees of quality of services to the end user due to difficulties in applying them which have to do with financial criteria and the structure of the Internet itself. Therefore, we can see that despite the progress made so far in networks technology the provision of QoS across the Internet is not still feasible with the result that multimedia services via the Internet (for example “YouTube”) are significantly affected by the changes of the network conditions. To this course, the research community has directed to the study of mechanisms which will be able to adjust the transmission rate of multimedia data, according to the conditions of the network, so as to offer the best possible quality of service to the end user. This effort could be classified into two broad categories, according to the way the multimedia information is routed, as follows: • Adaptation mechanisms for unicast transmission: In this case the adaptation mechanisms regulate the transmission rate between the sender and the receiver in a unicast connection. • Adaptation mechanisms for multicast transmission: In this case the adaptation mechanisms regulate the transmission rate between the sender and a group of receivers. Regarding the unicast transmission the predominant proposal is the congestion control mechanism that is termed as the “TCP-friendly Rate Control (TFRC) and has been accepted as an international standard by the Internet Engineering Task Force (IETF). In the area of multicast transmission the TCP-friendly Multicast Congestion Control (TFMCC) has also become acceptable as an experimental standard from IETF. Nevertheless, laboratory studies and experiments have shown that both TFRC and TFMCC are not the most suitable adaptation mechanisms for multimedia transmission. The main problems have to do with its friendliness towards the Transmission Connection Protocol (TCP) and the sudden fluctuations in the transmission. rate. These sharp variations of the transmission rates are an attribute non desirable by multimedia applications and particularly by real-time applications. In the area of wireless networks the problems with the transmission of multimedia data are not directly linked to the congestion of the network (this mainly occurs in wired networks) as the packet losses are a direct result of the free space propagation. The approach so far has aimed at the individual optimization of the various protocols of the OSI model so as to reduce the transmission problems and minimize packet losses and the delays from the sender to the end user. In recent years, however, a different approach which has prevailed to be termed internationally as “cross-layer optimization-adaptation” has earned more and more space. Under this approach we could be able to succeed the optimization of the service, regarding the quality of multimedia applications, by means of some adaptation mechanisms which will involve more than one of the OSI layers to current network conditions. The methodology, the challenges, the restrictions and the applications of cross layer adaptation constitute an open research area which is currently in progress. The aim of this dissertation is firs the study of the existing congestion control mechanisms which mainly concern best-effort wired networks, such as the Internet. In this direction we evaluate the existing congestion/flow control mechanisms and record the main problems related to the quality of service. The performance evaluation is based on criteria relating both to TCP-friendliness and the quality of service of multimedia applications. This performance evaluation leads us to the design of new protocols which promise greater TCP-friendliness and better quality of service. An important element that distinguishes these protocols of the other approaches is the “smooth” behavior by which we minimize the high oscillations of the transmission rate, which are not desirable by multimedia applications, while maintaining a high response to sudden changes of network conditions. A second important element of this dissertation is the additions we have made to the libraries of the ns-2 simulator which are already exploited by other researchers. For this purpose the new protocols are fully defined and incorporated into the ns-2 libraries so as to be available to the research community as part of the simulator, for further studies and evaluation. At the same time we expand existing research tools in order to enable the analysis and evaluation of existing and future mechanisms based on quality criteria specific to multimedia applications, along with network-centric criteria. Regarding the wireless networks we study the cross layer adaptation and how it is possible to achieve the increase in the quality of service by implementing such a design. We study the various ways and design methodologies of a cross layer adaptation and propose a new framework with which it is possible to increase the quality of service in hybrid networks consisting of both by wired and wireless users.

Ο Σημαντικός Ιστός (Semantic Web) είναι ένας συνδυασμός τεχνολογιών και προτύπων με σκοπό να προσδοθεί στη διαδικτυακή πληροφορία αυστηρά καθορισμένη σημασιακή δομή και ερμηνεία. Στόχος είναι να μπορούν οι χρήστες του Παγκόσμιου Ιστού καθώς και αυτοματοποιημένοι πράκτορες να επεξεργάζονται, να διαχειρίζονται και να αξιοποιούν την κατάλληλα χαρακτηρισμένη πληροφορία με τρόπο ευφυή και αποδοτικό. Ωστόσο, παρά τις τεχνικές που έχουν κατά καιρούς προταθεί, δεν υπάρχει ξεκάθαρη μέθοδος ώστε, αξιοποιώντας το φάσμα του Σημαντικού Ιστού, η διαδικτυακή πληροφορία να ανακτάται με τρόπο παραγωγικό, δηλαδή με βάση τα ήδη εκπεφρασμένα γεγονότα να συνάγεται νέα, άρρητη πληροφορία. Για την αντιμετώπιση αυτής της κατάστασης, αρχικά εισάγεται και προσδιορίζεται το πρόβλημα της Ανακάλυψης Γνώσης στο Σημαντικό Ιστό (Semantic Web Knowledge Discovery, SWKD). Η Ανακάλυψη Γνώσης στο Σημαντικό Ιστό εκμεταλλεύεται το σημασιακό υπόβαθρο και τις αντίστοιχες σημασιακές περιγραφές των πληροφοριών, όπως αυτές είναι θεμελιωμένες σε μια λογική θεωρία (οντολογίες εκφρασμένες σε γλώσσα OWL). Βάσει αυτών και με τη χρήση των κατάλληλων μηχανισμών αυτοματοποιημένου συλλογισμού μπορεί να συμπεραθεί νέα, άδηλη γνώση, η οποία, μέχρι τότε, μόνο υπονοούνταν στα ήδη υπάρχοντα δεδομένα. Για να απαντηθεί το ερώτημα αν και σε πιο βαθμό οι τεχνολογίες και η λογική θεωρία του Σημαντικού Ιστού συνεισφέρουν αποδοτικά και εκφραστικά στο πρόβλημα της SWKD καταρτίζεται μια πρότυπη Μεθοδολογία Ανακάλυψης Γνώσης στο Σημαντικό Ιστό, η οποία θεμελιώνεται σε πρόσφατα θεωρητικά αποτελέσματα, αλλά και στην ποιοτική και πειραματική συγκριτική αξιολόγηση διαδεδομένων μηχανισμών συμπερασμού (inference engines) που βασίζονται σε Λογικές Περιγραφής (Description Logics). H αποδοτικότητα και η εκφραστικότητα της μεθόδου αυτής δείχνεται ότι εξαρτώνται από συγκεκριμένους θεωρητικούς, οργανωτικούς και τεχνικούς περιορισμούς. Η πειραματική επαλήθευση της μεθοδολογίας επιτυγχάνεται με την κατασκευή και επίδειξη της Διεπαφής Ανακάλυψης Γνώσης (Knowledge Discovery Interface) μιας κατανεμημένης δηλαδή δικτυακής υπηρεσίας, η οποία έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε πειραματικά δεδομένα. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν με τη χρήση της διεπαφής επαληθεύουν, μέχρι ορισμένο βαθμό, τις υποθέσεις που έχουν γίνει σχετικά κυρίως με την παράμετρο της εκφραστικότητας και δίνουν το έναυσμα για την αναζήτηση και εξέταση της υποστήριξης των νέων προτεινόμενων επεκτάσεων της λογικής θεωρίας του Σημαντικού Ιστού, δηλαδή της γλώσσας OWL 1.1. Για την ενίσχυση της εκφραστικότητας της ανακάλυψης γνώσης στην περίπτωση συγκεκριμένων πεδίων γνώσης (knowledge domains) εισάγεται μια νέα τεχνική, αποκαλούμενη Σημασιακή Προσαρμογή. Η τεχνική αυτή εξελίσσει την Προσαρμογή Μεταδεδομένων Εφαρμογής (Metadata Application Profiling) από μια επίπεδη συρραφή και συγχώνευση σχημάτων και πεδίων μεταδεδομένων, σε μία ουσιαστική επέκταση και σημασιακή αναγωγή και εμπλουτισμό του αντίστοιχου μοντέλου στο οποίο εφαρμόζεται. Έτσι, η σημασιακή προσαρμογή εξειδικεύει ένα οντολογικό μοντέλο ως προς μια συγκεκριμένη εφαρμογή, όχι απλά με την προσθήκη λεξιλογίου από ετερογενή σχήματα, αλλά μέσω της σημασιακής εμβάθυνσης (semantic intension) και εκλέπτυνσης (semantic refinement) του αρχικού μοντέλου. Η τεχνική αυτή και τα αποτελέσματά της επαληθεύονται πειραματικά με την εφαρμογή στο μοντέλο πληροφοριών πολιτιστικής κληρονομιάς CIDOC-CRM και δείχνεται ότι, με τη χρήση κατάλληλων μεθόδων, η γενική εφαρμοσιμότητα του μοντέλου μπορεί να διαφυλαχθεί. Για να μπορεί όμως η Ανακάλυψη Γνώσης στο Σημαντικό Ιστό να δώσει ικανοποιητικά αποτελέσματα, απαιτούνται όσο το δυνατόν πληρέστερες και αυξημένες περιγραφές των δικτυακών πόρων. Παρόλο που πληροφορίες άμεσα συμβατές με τη λογική θεωρία του Σημαντικού Ιστού δεν είναι ευχερείς, υπάρχει πληθώρα δεδομένων οργανωμένων σε επίπεδα σχήματα μεταδεδομένων (flat metadata schemata). Διερευνάται επομένως αν η SWKD μπορεί να εφαρμοστεί αποδοτικά και εκφραστικά στην περίπτωση τέτοιων ημιδομημένων μοντέλων γνώσης, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση του σχήματος μεταδεδομένων Dublin Core. Δείχνεται ότι το πρόβλημα αυτό ανάγεται μερικώς στην εφαρμογή της σημασιακής προσαρμογής στην περίπτωση τέτοιων μοντέλων, ενώ για τη διαφύλαξη της διαλειτουργικότητας και την επίλυση αμφισημιών που προκύπτουν εφαρμόζονται ανάλογες μέθοδοι και επιπλέον εξετάζεται η τεχνική της παρονομασίας (punning) που εισάγει η OWL 1.1, βάσει της οποίας ο ορισμός ενός ονόματος μπορεί να έχει κυμαινόμενη σημασιακή ερμηνεία ανάλογα με τα συμφραζόμενα. Συμπερασματικά, οι νέες μέθοδοι που προτείνονται μπορούν να βελτιώσουν το πρόβλημα της Ανακάλυψης Γνώσης στο Σημαντικό Ιστό ως προς την εκφραστικότητα, ενώ ταυτόχρονα η πολυπλοκότητα παραμένει η μικρότερη δυνατή. Επιτυγχάνουν επίσης την παραγωγή πιο εκφραστικών περιγραφών από υπάρχοντα μεταδεδομένα, προτείνοντας έτσι μια λύση στο πρόβλημα της εκκίνησης (bootstrapping) για το Σημαντικό Ιστό. Παράλληλα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βάση για την υλοποίηση πιο αποδοτικών τεχνικών κατανεμημένου και αυξητικού συλλογισμού. / Semantic Web is a combination of technologies and standards in order to give Web information strictly defined semantic structure and meaning. Its aim is to enable Web users and automated agents to process, manage and utilize properly described information in intelligent and efficient ways. Nevertheless, despite the various techniques that have been proposed, there is no clear method such that, by taking advantage of Semantic Web technologies, to be able to retrieve information deductively, i.e. to infer new and implicit information based on explicitly expressed facts. In order to address this situation, the problem of Semantic Web Knowledge Discovery (SWKD) is first specified and introduced. SWKD takes advantage of the semantic underpinnings and semantic descriptions of information, organized in a logic theory (i.e. ontologies expressed in OWL). Through the use of appropriate automated reasoning mechanisms, SWKD makes then possible to deduce new and unexpressed information that is only implied among explicit facts. The question as to whether and to what extent do Semantic Web technologies and logic theory contribute efficiently and expressively enough to the SWKD problem is evaluated through the establishment of a SWKD methodology, which builds upon recent theoretical results, as well as on the qualitative and experimental comparison of some popular inference engines, based on Description Logics. It is shown that the efficiency and expressivity of this method depends on specific theoretical, organizational and technical limitations. The experimental verification of this methodology is achieved through the development and demonstration of the Knowledge Discovery Interface (KDI), a web-distributed service that has been successfully applied on experimental data. The results taken through the KDI confirm, to a certain extent, the assumptions made mostly about expressivity and motivate the examination and investigation of the newly proposed extensions to the Semantic Web logic theory, namely the OWL 1.1 language. In order to strengthen the expressivity of knowledge discovery in the case of particular knowledge domains a new technique is introduced, known as Semantic Profiling. This technique evolves traditional Metadata Application Profiling from a flat aggregation and mixing of schemata and metadata elements to the substantial extension and semantic enhancement and enrichment of the model on which it is applied. Thus, semantic profiling actually profiles an ontological model for a particular application, not only by bringing together vocabularies from disparate schemata, but also through the semantic intension and semantic refinement of the initial model. This technique and its results are experimentally verified through its application on the CIDOC-CRM cultural heritage information model and it is shown that, through appropriate methods, the general applicability of the model can be preserved. However, for SWKD to be of much value, it requires the availability of rich and detailed resource descriptions. Even though information compatible with the Semantic Web logic theory are not always readily available, there are plenty of data organized in flat metadata schemata. To this end, it is investigated whether SWKD can be efficiently and expressively applied on such semi-structured knowledge models, as is the case for example with the Dublin Core metadata schema. It is shown that this problem can be partially reduced to applying semantic profiling on such models and, in order to retain interoperability and resolve potential ambiguities, the OWL 1.1 punning feature is investigated, based on which a name definition may have variable semantic interpretation depending on the ontological context. In conclusion, these newly proposed methods can improve the SWKD problem in terms of expressive strength, while keeping complexity as low as possible. They also contribute to the creation of expressive descriptions from existing metadata, suggesting a solution to the Semantic Web bootstrapping problem. Finally, they can be utilized as the basis for implementing more efficient techniques that involve distributed and incremental reasoning.