Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι ο σχεδιασμός και η πιλοτική υλοποίηση μιας μεθοδολογίας προσομοίωσης διαδικασιών συναρμολόγησης, για τον έλεγχο εργονομικών αποτελεσμάτων, με χρήση τεχνικών Εικονικής Πραγματικότητας. Το σύστημα που αναπτύχθηκε επιτρέπει: • Την εκτέλεση διαδικασιών συναρμολόγησης σε εικονικό περιβάλλον, υπό συνθήκες που επιτρέπουν μια ρεαλιστική εποπτεία του περιβάλλοντος και της διαδικασίας, ανάλογες των πραγματικών • Την ποιοτική εκτίμηση παραμέτρων που αφορούν στον ανθρώπινο παράγοντα, όπως η αντίληψη του περιβάλλοντος εργασίας, η δυνατότητα πρόσβασης και χειρισμού των εξαρτημάτων και εργαλείων • Την ποσοτική εκτίμηση χαρακτηριστικών που έχουν σχέση με τον ανθρώπινο παράγοντα, και θεωρούνται κρίσιμα για την εκτέλεση της διαδικασίας, όπως η ικανότητα ανύψωσης φορτίων, η καταναλισκόμενη ενέργεια και ο συνολικός χρόνος της διαδικασίας. Αρχικά, γίνεται μία εισαγωγή στα προβλήματα και τη σπουδαιότητα του εργονομικού σχεδιασμού και ελέγχου παραγωγικών διαδικασιών, στον οποίο εστιάζει η εργασία, και περιγράφεται το αντικείμενό της και η ερευνητική συμβολή της στην αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών. Στη συνέχεια, γίνεται η ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας, με αναφορά στην τεχνολογία Εικονικής Πραγματικότητας, τις μεθόδους, τα λογισμικά συστήματα και τις εφαρμογές που έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιούνται τα τελευταία χρόνια για την προσομοίωση και τον εργονομικό έλεγχο παραγωγικών διαδικασιών. Ακολουθεί η παρουσίαση της προτεινόμενης μεθοδολογίας με την οποία προσεγγίζεται το πρόβλημα σχεδιασμού και ελέγχου εργονομίας σε διαδικασίες συναρμολόγησης. Γίνεται η ανάλυση των επιμέρους χαρακτηριστικών της, που περιλαμβάνουν τα χαρακτηριστικά αναπαράστασης, αλληλεπίδρασης και προσομοίωσης. Στη συνέχεια περιγράφονται τα εργαλεία ανάπτυξης και η λογική υλοποίησης του περιβάλλοντος προσομοίωσης, το οποίο αποτελεί την πιλοτική υλοποίηση της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Η χρήση της νέας προσέγγισης, η παρουσίαση και η αξιολόγηση των εργονομικών αποτελεσμάτων παρουσιάζεται μέσα από μια σειρά πειραμάτων εκτέλεσης της πιλοτικής εφαρμογής. Τέλος, εξάγονται βασικά συμπεράσματα από τα αποτελέσματα της εργασίας, παρουσιάζονται τα πεδία εφαρμογής της προτεινόμενης προσέγγισης, καθώς και οι προοπτικές μελλοντικής εξέλιξής της. / The objective of the thesis is the development and the pilot implementation of a methodology for the simulation of assembly processes, in order to support the verification of human related factors, using Virtual Reality techniques. The developed system enables: • The virtual execution of assembly processes, under conditions that allow a realistic monitoring of environment and process, • The qualitative evaluation of human-process related factors, such as the perception of the working environment, the reachability of mounting locations, and the handlability of product components and tools, • The quantitative estimation of human-process characteristics related to critical performance issues, such as lifting capacity, energy expenditure and process cycle time. As an introduction, the industrial problems and the importance of confrontation of ergonomic design and verification of manufacturing processes, on which this work focuses, are presented. The objectives of the research work and the innovation aspects of the proposed approach are then described. In the sequel, state-of-the-art VR technology is reporting, including presentation of the basic methods, software tools and applications that have been developed and used during the last years for the simulation and the ergonomic control of manufacturing processes. The presentation of the proposed methodology, with which the problem of ergonomic design and verification of assembly processes is approached, follows. The proposed methodology is described through its Virtual Reality based features, namely representation, simulation, immersion and interaction. The development tools and the simulation concept of the virtual environment are then described. The assembly/ergonomic virtual environment is an integrated simulation environment developed in the context of this research work, as the pilot implementation of the proposed methodology. The use of the new approach, the presentation and the evaluation of the ergonomic results are illustrated through a set of experiments based on the pilot application. Finally, important conclusions are exported from the above results, while application fields and future work prospects are presented.

The objective of the present study is the development of a method for the automated design of assembly lines using a multiple criteria approach. This method aims at supporting the decision making process during the early design stages as well as during the reconfiguration stages of assembly lines. Towards this target, a complete approach is proposed investigating the aspects of the design problem in both human and automation based assembly lines. At first, the current practices for design /reconfiguration of automated/ human based assembly lines were analysed and the decision making process was modelled in each case. Following the design problem was formulated in a way that allows its solution by the use of search algorithms which are easier and more efficient to apply. Models capable of systematically generating the alternative assembly lines designs were designed and implemented. An intelligent search algorithm was applied to these models allowing the efficient exploration of the design problem solution space and the fast identification of high quality design solutions with respect to several user defined criteria (such as investment cost, flexibility etc.). All the aforementioned were incorporated into two distinct software tools, having as objective the support of assembly line design and reconfiguration. The first tool incorporates the design model and algorithms in a standalone application that can automatically generate, simulate and evaluate alternative assembly lines designs based on the product structure and the available equipment and processes. The second tool was developed as a web based application that allows the reconfiguration of human based assembly lines through the concept of dynamic job rotation. The tool is able to derive alternative rotation schedules and evaluate them against criteria that are used for the case of human based assembly lines. The main outcome of this work is the complete method that was proposed and realized through software tools, which is capable of providing solutions for the design and reconfiguration of assembly lines. The method can assist design engineers in real time through the automated generation, evaluation and identification of high quality design alternatives. The evaluation of the case studies revealed the efficiency of the suggested approach to produce such designs and validated its applicability to industrial environments. / Το αντικείμενο αυτής της διατριβής είναι η ανάπτυξη μια πολυκριτηριδιακής μεθόδου για την αυτοματοποίηση της διαδικασίας σχεδιασμού γραμμών συναρμολόγησης. Η μέθοδος προορίζεται για την υποστήριξη της διαδικασίας λήψης αποφάσεων τόσο κατά τα αρχικά στάδια του σχεδιασμού όσο και κατά τον επανασχεδιασμό / αναδιαμόρφωση της γραμμής παραγωγής. Προς αυτή την κατεύθυνση προτείνεται μια ολοκληρωμένη προσέγγιση του προβλήματος η οποία εξετάζει τις ιδιαιτερότητες τόσο των αυτοματοποιημένων γραμμών συναρμολόγησης όσο και των γραμμών που απασχολούν ανθρώπινο δυναμικό. Αρχικά, ερευνήθηκαν οι σημερινές πρακτικές που χρησιμοποιούνται στο σχεδιασμό αυτοματοποιημένων συστημάτων παραγωγής αλλά και των γραμμών που βασίζονται στο ανθρώπινο δυναμικό. Κατόπιν οι διαδικασίες αυτές μοντελοποιούνται με αποτέλεσμα, την ανάπτυξη μοντέλων, τα οποία είναι ικανά να παράγουν με συστηματικό τρόπο εναλλακτικούς σχεδιασμούς μιας γραμμής συναρμολόγησης. Επιπρόσθετα, ένας ευφυής αλγόριθμος εφαρμόζεται στα μοντέλα αυτά, επιτρέποντας την αποδοτική και γρηγορότερη ανάδειξη σχεδιασμών υψηλής ποιότητας ως προς τα κριτήρια που έχει θέσει ο σχεδιαστής. Τα παραπάνω μοντέλα και ο αλγόριθμος αναζήτησης υλοποιήθηκαν σε δύο λογισμικά εργαλεία που αναπτύχθηκαν, με στόχο την στήριξη του σχεδιασμού γραμμών παραγωγής. Το πρώτο εργαλείο αποτελεί ένα αυτοτελές λογισμικό το οποίο έχει ως κύρια λειτουργία του την δημιουργία και αξιολόγηση εναλλακτικών σχεδιασμών αυτοματοποιημένων γραμμών παραγωγή, χρησιμοποιώντας ως εισόδους την δομή του προϊόντος και τον διαθέσιμο εξοπλισμό. Το δεύτερο εργαλείο χρησιμοποιεί την τεχνολογία των ιστοσελίδων (web interface) και χρησιμοποιείται για την δημιουργία χρονοπρογραμμάτων για τους εργάτες μιας γραμμής παραγωγής επιτρέποντας την αναδιαμόρφωση της σε σύντομο χρονικό διάστημα. Η ερευνητική συμβολή της παρούσας διατριβής έγκειται στην ανάπτυξη μεθόδου η οποία προσφέρει ολοκληρωμένη λύση για την υποστήριξη λήψης αποφάσεων κατά τον σχεδιασμό και την αναδιαμόρφωση γραμμών συναρμολόγησης και υλοποιείται μέσω των κατάλληλων εργαλείων λογισμικού. Η αξιολόγηση των περιπτώσεων της αυτοκινητοβιομηχανίας απέδειξε την αποδοτικότητα και εφαρμοσιμότητά της σε βιομηχανικό περιβάλλον.

Η οπτική μεταγωγή ριπών (Optical Burst Switching-OBS) στοχεύει στον συνδυασμό των πλεονεκτημάτων της οπτικής μεταγωγής πακέτων και μεταγωγής κυκλώματος. Θεωρείται ως μια αρκετά υποσχόμενη τεχνολογία για την υλοποίηση του οπτικού Διαδικτύου της επόμενης γενιάς, με σκοπό να αντεπεξέλθει στην ταχεία ανάπτυξη της κίνησης του Διαδικτύου και στην αυξανόμενη υιοθέτηση νέων υπηρεσιών (π.χ VoIP τηλεφωνία, βίντεο κατά απαίτηση, υπολογισμός πλέγματος, ψηφιακά αποθηκευτικά μέσα). Στα OBS δίκτυα, τα πακέτα συναρμολογούνται σε ριπές και στέλνονται έτσι διαμέσου του δικτύου. Επομένως, ο τρόπος με τον οποίο πραγματοποιείται η συναρμολόγηση των πακέτων σε ριπές, καθορίζει και τα χαρακτηριστικά του συνολικού δικτύου και επηρεάζει κυρίως την συνολική καθυστέρηση του κάθε πακέτου που στέλνεται διαμέσου αυτού. Στην παρούσα εργασία (μέρος της διπλωματικής εργασίας δημοσιεύτηκε στο [21]), θα προτείνουμε τέσσερις νέες τεχνικές συναρμολόγησης ριπών που στοχεύουν στην μείωση της μέσης καθυστέρησης που επιβαρύνονται τα πακέτα κατά τη διαδικασία της συναρμολόγηση τους σε ριπές (burstification), με βάση ενός δεδομένου μέσου μήκους των ριπών που παράγονται. Αυτές οι τεχνικές χρησιμοποιούν ένα γραμμικό φίλτρο πρόβλεψης για την παραγωγή μιας εκτίμησης του πλήθους των πακέτων που πρόκειται να εισέλθουν στο κόμβο του δικτύου, που λαμβάνει χώρα το burstification, κατά τη διάρκεια της επόμενης χρονικής περιόδου. Με βάση την εκτίμηση αυτή, αποφασίζουν αν ικανοποιείται ένα συγκεκριμένο κριτήριο, το οποίο είναι διαφορετικό για κάθε προτεινόμενη μέθοδο, και στέλνουν, αναλόγως, μία νέα ριπή στο δίκτυο. Η μείωση της καθυστέρησης της συναρμολόγησης των πακέτων, για ένα δεδομένο μέσο μήκος ριπής, είναι σημαντική για τις εφαρμογές πραγματικού χρόνου, οι οποίες έχουν αυστηρούς περιορισμούς στην συνολική καθυστέρηση των πακέτων. Αντίστοιχα, η αύξηση του μέσου μήκους των ριπών που δημιουργούνται σε ένα OBS δίκτυο, για μια δεδομένη μέση καθυστέρηση πακέτων, είναι σημαντική για την μείωση του αριθμού των ριπών που εισέρχονται σε αυτό. Μεγάλου μήκους ριπές συνεπάγονται μικρότερη επιβάρυνση σε επεξεργασία που διενεργείται από τους ενδιάμεσους κόμβους του δικτύου. Επίσης, στο παρόν κείμενο, θα αξιολογήσουμε την συμπεριφορά των προτεινόμενων τεχνικών συναρμολόγησης και θα αποδείξουμε ότι δύο από αυτές έχουν καλύτερη απόδοση (έως και 33% βελτίωση), σε σύγκριση με τους προηγουμένως προτεινόμενους από την βιβλιογραφία αλγόριθμους, ως προς την μέση καθυστέρηση πακέτων, για δεδομένο μήκος ριπής. Τέλος, θα συζητηθεί η δυνατότητα παροχής ποιότητας υπηρεσιών (Quality of Service- QoS) με την βοήθεια των προτεινόμενων αλγορίθμων συναρμολόγησης. Το υπόλοιπο του παρόντος κειμένου είναι οργανωμένο με βάση τα παρακάτω: • Το δεύτερο κεφάλαιο σχολιάζει βασικές έννοιες των οπτικών δικτύων και περιγράφει την αρχιτεκτονική των οπτικών δικτύων μεταγωγής ριπών. • Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται στις ήδη προτεινόμενες τεχνικές συναρμολόγησης ριπών, από την υπάρχουσα βιβλιογραφία. • Στο τέταρτο κεφάλαιο, σχολιάζονται σημαντικές έννοιες των γραμμικών προβλεπτών, καθώς κι η δυνατότητα τους να εφαρμοστούν στην πρόβλεψη της κίνησης του δικτύου και υπό ποιες συνθήκες η χρήση τους είναι αποδοτική. • Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι περιγράφονται στο πέμπτο κεφάλαιο. • Στο έκτο κεφάλαιο εξετάζεται η απόδοση τους σε σχέση με τους υπάρχοντες αλγορίθμους και μελετάται η συμπεριφορά του επιλεγμένου γραμμικού προβλεπτή σε σχέση με τις παραμέτρους εισόδου που τον χαρακτηρίζουν. • Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο, περιγράφεται η παροχή του QoS στο δίκτυο και ερευνάται η δυνατότητα υποστήριξης της, με τη βοήθεια των προτεινόμενων τεχνικών συναρμολόγησης. / -

Η παρούσα διατριβή αφορά την ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων και την εκτέλεση υπολογιστικών προσομοιώσεων Monte Carlo για την περιγραφή και μελέτη της θερμοδυναμικής συμπεριφοράς συστημάτων αποτελούμενων από πρότυπα σωματίδια πυρήνα–κελύφους σε επιφάνειες. Δύο κατηγορίες συστημάτων εξετάστηκαν, αμφίφιλων σωματιδίων μορφής ημιδίσκου καθώς και μορφής δίσκου με δύο διακριτές υποπεριοχές κελύφους. Ένα εύρος μοριακών δομών όπως μικύλια συμπολυμερών, σφαιρικά δενδριμερή, μεταλλικά ή κεραμικά νανοσωματίδια συνδεμένα με εύκαμπτες αλυσίδες μορίων, εμφανίζουν αρχιτεκτονική η οποία περιγράφεται από το προτεινόμενο μοριακό μοντέλο. Η κατάσταση πυκνής κατάληψης κάθε συστήματος ταυτίζεται ουσιαστικά με την υπερμοριακή αυτο-συναρμολόγηση δομών καθορισμένων μοτίβων σε υψηλές συγκεντρώσεις, συμπεριλαμβανομένων και επιφανειών με ανοιχτούς πόρους. Με την αυτο-οργάνωση και αυτο-συναρμολόγηση σαν από τις πιο αντιπροσωπευτικές των 'από κάτω προς τα πάνω' τεχνικών παρασκευής λειτουργικών νανοδομών και διατάξεων σήμερα, η μελέτη μας διαπραγματεύεται ταυτόχρονα ένα αυστηρά καθορισμένο πρόβλημα από φυσική άποψη αλλά και ένα ιδιαίτερο θέμα σύγχρονου τεχνολογικού ενδιαφέροντος. Η διατριβή χωρίζεται σε δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος θα εισάγουμε το γενικότερο πλαίσιο κάτω από το οποίο θα γίνει η μελέτη των φυσικών συστημάτων σωματιδίων πυρήνα - κελύφους. Θα αναφερθούμε τόσο σε θεωρητικά θέμα όσο και τεχνολογικά. Στο δεύτερο, θα παρουσιαστούν και θα συζητηθούν εκτενώς τα αποτελέσματα προσομοιώσεων δισδιάστατων συστημάτων σωματιδίων πυρήνα-κελύφους. / In this thesis mathematical models are developed and Monte Carlo computer simulations are performed in order to describe and study the thermodynamic behavior of systems comprised of core – shell particles on surfaces. Two types of systems were studied, built on amphiphilic particles of either half-disc shape or disc shape with two distinct coronal regions. A range of molecular structures such as copolymer micelles, globular dendrimers, tethered metal and clay nanoparticles, bare an architecture well fitted to the proposed molecular model. The close packed structure of every system coincides with the supramolecular self-assembly at high concentrations of structures with well defined patterns, including surfaces with open pores. Given the fact that self-assembly and self-organization are among the most representative of the 'bottom-up' techniques for the fabrication of functional nanostructures and devices, our study deals with a strictly defined physical problem as well as with an issue of distinct technological interest. The thesis is made up of two parts. In the first part, we will introduce the general framework under which we will later investigate the physical systems of core-shell particles. Both theoretical and practical aspects will be mentioned. In the second part, the results of simulations of two dimensional systems of core-shell particles will be presented and discussed in detail.

Τα οπτικά δίκτυα αποτελούν την αποδοτικότερη επιλογή όσον αφορά την εγκατάσταση ευρυζωνικών δικτύων κορμού, καθώς παρουσιάζουν μοναδικά χαρακτηριστικά μετάδοσης. Διαθέτουν τεράστιο εύρος ζώνης, υψηλή αξιοπιστία, ενώ επίσης έχουν μειωμένο κόστος μετάδοσης ανά bit πληροφορίας σε σχέση με τα υπόλοιπα ενσύρματα δίκτυα. Σημαντικές ερευνητικές προσπάθειες έχουν επικεντρωθεί στις προοπτικές μετάβασης από τα παραδοσιακά στατικά δίκτυα κυκλωμάτων, στα οποία χρησιμοποιείται από-σημείο-σε-σημείο οπτική μετάδοση, σε δίκτυα μετάδοσης δεδομένων που προσφέρουν δυναμική και γρήγορη επαναρύθμιση των οπτικών μονοπατιών και πρόσβαση σε χωρητικότητες κάτω του ενός μήκους κύματος, ανάλογα με τις απαιτήσεις των χρηστών και των εκάστοτε εφαρμογών. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει η τάση για δημιουργία δυναμικών και επαναρυθμιζόμενων οπτικών δικτύων μεταγωγής κυκλώματος (Optical Circuit Switching), τα οποία θα βασίζονται σε διαφανείς κόμβους μεταγωγής. Η μονάδα μεταγωγής των δικτύων οπτικής μεταγωγής κυκλώματος είναι τα οπτικά μονοπάτια (lightpaths) και το βασικό πρόβλημα βελτιστοποίησης που σχετίζεται με την αποδοτική εκμετάλλευση της χωρητικότητας τέτοιων δικτύων είναι το πρόβλημα της δρομολόγησης και ανάθεσης μήκους κύματος (Routing and Wavelength Assignment - RWA). Στα αμιγώς διαφανή (transparent) οπτικά δίκτυα κυκλώματος η μετάδοση του σήματος υποβαθμίζεται από μια σειρά φυσικών εξασθενήσεων (physical impairments), σε σημείο που η εγκατάσταση ενός οπτικού μονοπατιού να μην είναι αποδεκτή. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος στην παρούσα διατριβή προτείνουμε αλγόριθμους οι οποίοι λαμβάνουν υπόψη τους τις φυσικές εξασθενήσεις (Impairment Aware RWA ή ΙΑ-RWA algorithms) τόσο για στατική όσο και για δυναμική κίνηση. Συγκεκριμένα, παρουσιάζουμε έναν IA-RWA αλγόριθμο για στατική κίνηση, ο οποίος βασίζεται στην τεχνική της LP-χαλάρωσης και χρησιμοποιεί αποδοτικές μεθόδους για την παραγωγή ακεραίων λύσεων. Εκφράζουμε τις φυσικές εξασθενήσεις μέσω επιπλέον περιορισμών στην LP μοντελοποίηση του RWA προβλήματος, επιτυγχάνοντας την διαστρωματική βελτιστοποίηση (cross-layer optimization) πάνω στο φυσικό επίπεδο και στο επίπεδο δικτύου. Στη συνέχεια, προτείνουμε έναν IA-RWA αλγόριθμο πολλαπλών κριτηρίων (multi-cost) για δυναμική κίνηση. Ορίζουμε ένα διάνυσμα από κόστη για κάθε σύνδεσμο και τις πράξεις συσχέτισης αυτών, ώστε να μπορούμε να υπολογίσουμε το διάνυσμα από κόστη ενός μονοπατιού και μέσω αυτού να αξιολογήσουμε την ποιότητα μετάδοσης των διαθέσιμων μηκών κύματος του μονοπατιού. Για την εξυπηρέτηση μιας νέας αίτησης σύνδεσης, ο αλγόριθμος πολλαπλών κριτηρίων υπολογίζει το σύνολο των μη κυριαρχούμενων μονοπατιών, από την πηγή στο ζητούμενο προορισμό, και μετά εφαρμόζει μια πολιτική για να επιλέξει το βέλτιστο οπτικό μονοπάτι. Προτείνουμε και αξιολογούμε την απόδοση μιας σειράς από πολιτικές επιλογής, η κάθε μια από τις οποίες ουσιαστικά αντιστοιχεί σε έναν διαφορετικό δυναμικό IA-RWA αλγόριθμο. Στη συνέχεια, στρέφουμε την προσοχή μας στα δίκτυα οπτικής μεταγωγής καταιγισμών (Optical Burst Switching – OBS), τα οποία θεωρούνται ότι αποτελούν το επόμενο στάδιο των δικτύων οπτικής μεταγωγής κυκλώματος, όπου η δέσμευση της χωρητικότητας γίνεται για μικρότερο χρονικό διάστημα. Στα OBS δίκτυα, τα πακέτα που έχουν τον ίδιο προορισμό και παρόμοιες απαιτήσεις ποιότητας υπηρεσίας συναθροίζονται σε καταιγισμούς (bursts). Οι καταιγισμοί μεταδίδονται πάνω από αμιγώς οπτικά μονοπάτια, τα οποία ρυθμίζονται με τη χρήση πακέτων ελέγχου που μεταδίδονται πριν από τους αντίστοιχους καταιγισμούς και τα οποία επεξεργάζονται ηλεκτρονικά οι ενδιάμεσοι κόμβοι. Επικεντρώνουμε την προσοχή μας σε δυο βασικά στοιχεία ενός δικτύου οπτικής μεταγωγής καταιγισμών, την διαδικασία συναρμολόγησης καταιγισμών και τα πρωτόκολλα σηματοδοσίας, και παραθέτουμε δύο προτάσεις για την αποδοτική ανάθεσης χωρητικότητας σε αυτά τα δίκτυα. Συγκεκριμένα, προτείνουμε και αξιολογούμε ένα νέο αλγόριθμο συναρμολόγησης καταιγισμών που βασίζεται στη μέση καθυστέρηση των πακέτων που αποτελούν έναν καταιγισμό. Δείχνουμε ότι ο προτεινόμενος αλγόριθμος συναρμολόγησης καταιγισμών μειώνει την διασπορά της καθυστέρησης των πακέτων (packet delay jitter), η οποία είναι σημαντική για μια σειρά από εφαρμογές. Στην συνέχεια προτείνουμε ένα νέο αμφίδρομο (two-way) πρωτόκολλο σηματοδοσίας που βασίζεται στις μελλοντικές (in-advance) και χαλαρωμένες χρονικά (relaxed timed) δεσμεύσεις χωρητικότητας. Στο προτεινόμενο πρωτόκολλο, κατά τη φάση εγκατάστασης της σύνδεσης οι δεσμεύσεις χωρητικότητας γίνονται για χρονικό διάστημα μεγαλύτερο από το χρόνο μετάδοσης του καταιγισμού, ώστε να αυξηθεί η πιθανότητα επιτυχούς εγκατάστασης στους επόμενους συνδέσμους του μονοπατιού. Συγκρίνουμε το προτεινόμενο πρωτόκολλο με τυπικά πρωτόκολλα που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία και δείχνουμε οτι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή διαφοροποιημένης ποιότητα υπηρεσιών (QoS differentiation) στους χρήστες του OBS δικτύου. Στη συνέχεια, εξετάζουμε το πρόβλημα της δρομολόγησης και του χρονοπρογραμματισμού συνδέσεων με χαλαρό - μη συγκεκριμένο χρόνο εκκίνησης, πρόβλημα που εμφανίζεται υπό ελαφρώς διαφορετική μορφή σε δίκτυα οπτικής μεταγωγής κυκλώματος, οπτικής μεταγωγής καταιγισμών αλλά και μεταγωγής πακέτου. Η εξυπηρέτηση αυτών των συνδέσεων γίνεται μέσω μελλοντικών δεσμεύσεων χωρητικότητας, τρόπος ο οποίος είναι τυπικός για να παρεχθεί εγγυημένη ποιότητα υπηρεσίας (QoS) στους χρήστες ενός δικτύου. Θεωρούμε ότι μας δίνεται μια σύνδεση με γνωστή πηγή και προορισμό, γνωστό ή άγνωστο όγκο δεδομένων και γνωστό ρυθμό μετάδοσης και ζητείται να αποφασίσουμε το μονοπάτι που θα ακολουθήσουν τα δεδομένα και το χρόνο που θα αρχίσει η μετάδοση. Διακριτοποιούμε το χρόνο και χρησιμοποιούμε κατάλληλα διανύσματα ως δομές δεδομένων για να αναπαραστήσουμε τη διαθεσιμότητα των συνδέσμων του δικτύου ως συνάρτηση του χρόνου. Χρησιμοποιούμε αυτά τα διανύσματα σε ένα αλγόριθμο πολλαπλών κριτηρίων για τη δρομολόγηση και το χρονοπρογραμματισμό των συνδέσεων. Αρχικά, παρουσιάζουμε έναν αλγόριθμο πολλαπλών κριτηρίων μη πολυωνυμικής πολυπλοκότητας, ο οποίος βασίζεται στην έννοια των μη-κυριαρχούμενων μονοπατιών. Μετά προτείνουμε δύο ευριστικούς αλγορίθμους πολυωνυμικής πολυπλοκότητας, ορίζοντας κατάλληλες σχέσεις ψευδο-κυριαρχίας οι οποίες μειώνουν το χώρο των λύσεων. Επίσης, προτείνουμε ένα μηχανισμό branch-and-bound, ο οποίος μπορεί να μειώσει το χώρο λύσεων στην περίπτωση που χρησιμοποιούμε μια συγκεκριμένη συνάρτηση βελτιστοποίησης για όλες τις συνδέσεις. Η απόδοση των προτεινόμενων αλγορίθμων αξιολογήθηκε σε ένα δίκτυο οπτικής μεταγωγής καταιγισμών, ωστόσο τα συμπεράσματα και η εφαρμοσιμότητα του προτεινόμενου αλγόριθμου επεκτείνεται και σε άλλου είδους οπτικά δίκτυα. Τέλος, εξετάζουμε το πρόβλημα του συνδυασμένου χρονοπρογραμματισμού των δικτυακών και υπολογιστικών πόρων που απαιτούνται για την εκτέλεση μιας διεργασίας σε ένα Δίκτυο Πλέγματος (Grid Network). Τα Δίκτυα Πλέγματος θεωρούνται το επόμενο βήμα στον τομέα των κατανεμημένων συστημάτων, εισάγοντας την έννοια της “κοινής” χρήσης γεωγραφικά κατανεμημένων και ετερογενών πόρων (υπολογιστικών, αποθηκευτικών, δικτυακών, κλπ.). Υποθέτουμε ότι η εκτέλεση μιας διεργασίας αποτελείται από δύο διαδοχικά στάδια: (α) Τη μεταφορά των δεδομένων εισόδου της διεργασίας από μια αποθηκευτική μονάδα σε μια συστοιχία υπολογιστών (cluster), (β) την εκτέλεση της διεργασίας στη συστοιχία υπολογιστών. Επεκτείνουμε τον αλγόριθμο πολλαπλών κριτηρίων για τη δρομολόγηση και το χρονοπρογραμματισμό συνδέσεων που περιγράφηκε προηγουμένως, έτσι ώστε να χειρίζεται με ένα συνδυασμένο τρόπο δικτυακούς και υπολογιστικούς πόρους για την εκτέλεση των διεργασιών. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος επιστρέφει: (i) τη συστοιχία υπολογιστών όπου θα εκτελεστεί η διεργασία, (ii) το μονοπάτι το οποίο θα ακολουθήσουν τα δεδομένα εισόδου, (iii) τη χρονική στιγμή εκκίνησης μετάδοσης και (iv) τη χρονική στιγμή εκκίνησης εκτέλεσης της διεργασίας στη συστοιχία υπολογιστών. Ξεκινάμε παρουσιάζοντας έναν αλγόριθμο μη πολυωνυμικού χρόνου και μετά, αφού μειώσουμε κατάλληλα το χώρο λύσεων, δίνουμε έναν ευριστικό αλγόριθμο πολυωνυμικής πολυπλοκότητας. / Optical networks have developed rapidly over the last ten years and are widely used in core networks due to their superior transmission characteristics. Optical networks provide huge available capacity that can be efficiently utilized using wavelength division multiplexing (WDM) and high reliability at the lowest cost per bit ratio when compared to the other wired and wireless networking solutions. Much research has focused on ways to evolve from the typical point-to-point opaque WDM networks that are currently employed in the core to optical networks that are dynamically and quickly reconfigurable and can provide on-demand services to users at subwavelength granularity according to users’ requirements. The most common architecture utilized for establishing communication in WDM optical networks is wavelength routing that fall in the general category of Optical Circuit Switched (OCS) networks. The switched entities in OCS networks are the lightpaths and the basic optimization problem that is related to the efficient allocation of bandwidth is the routing and wavelength assignment problem (RWA). The current optical technology employed in core networks is point-to-point transmission, where the signal is regenerated at every intermediate node via optical-electronic-optical (OEO) conversion. During the recent few years, the trend clearly shows an evolution towards low-cost and high capacity all-optical transparent networks that do not utilize OEO. In transparent OCS networks the signal of a lightpath remains in the optical domain and its quality deteriorates due to a series of physical layer impairments (PLIs). These PLIs may degrade the received signal quality to the extent that the bit-error rate (BER) at the receiver may be so high that signal detection may be infeasible for some lightpaths. To address this problem we proposed algorithms that take into account the PLIs, usually referred in the literature as Impairment Aware RWA or ΙΑ-RWA algorithms, for both offline (static) and online (dynamic) traffic. In particular we propose an IA-RWA algorithm for static traffic that is based on an LP-relaxation formulation and use various efficient methods to obtain integer solutions. The physical layer impairments are included as additional constraint in the LP formulation of the RWA problem, yielding a cross-layer optimization solution between the network and the physical layers. We then proceed and propose a multi-cost IA-RWA algorithm for dynamic traffic. We define a cost vector per link and associative operators to combine these vectors so as to calculate the cost vector of a path. The parameters of these cost vectors are chosen so as to enable the quick and efficient calculation of the quality of transmission of candidate lightpaths. To serve a connection request, the proposed multi-cost algorithm calculates the set of so called non-dominated paths from the given source to the given destination, and then applies an optimization policy to choose the optimal lightpath. We propose and evaluate various optimization policies that correspond to different online IA-RWA algorithms. We then turn our attention to Optical Burst Switched (OBS) networks, which are regarded as the next step from the OCS paradigm towards a more dynamic core network that can provide on demand subwavelength services to users. In OBS networks, the packets that have the same destination and similar quality of service requirements are aggregated into bursts at the ingress nodes. When a burst is aggregated, a control packet is transmitted and is electronically processed at intermediate nodes so as to configure them for the burst that will pass transparently afterwards. We focus on two key elements of an OBS network, and in particular the burst aggregation (or burstification) process and the signaling protocol, and we propose two solutions for the efficient allocation of bandwidth in OBS networks. We propose and evaluate a novel burst assembly algorithm that is based on the average delay of the packets that comprise a burst. We show that the proposed algorithm decreases the packet delay jitter among the packets, which is important for a number of applications, including real-time, video and audio streaming, and TCP applications. Next we propose a two-way reservation signaling protocol that utilizes in-advance and relaxed timed reservation of the bandwidth. In the connection establishment phase of the proposed protocol, bandwidth reservations can exceed the duration of burst transmission (thus, relaxing the timed reservations), so as to increase the acceptance probability for the rest of the path. By controlling the degree of the relaxed timed reservations the protocol can also provide service differentiation to the users. Next we examine the problem of routing and scheduling of connections with flexible starting time in networks that support advance reservations. This problem can arise in slightly different settings in Optical Circuit Switched, Optical Burst Switched, and Optical Packet Switched networks. Such connection requests are served through advanced reservations, a process which is used to provide quality of service to users. We assume that for a connection request we are given the source, the destination, and the size of the data to be transferred with a given rate, and we are asked to provide the path and the time that the transmission should start so as to optimize a certain performance metric. We discretize the time and we use appropriate data structures (in the form of vectors) to map the utilization of the links as a function of time. We use these vectors as cost parameters in a multi-cost algorithm. We initially present a multicost algorithm of non-polynomial complexity that uses a full domination relation between paths. We then propose two mechanisms to prune the solution space in order to obtain polynomial complexity algorithms. In the first mechanism we define pseudo-domination relations that are weaker than the full domination relation. We also propose a branch-and-bound extension to the optimum algorithm that can be used for a given specific optimization function. The performance of the multicost algorithm and its variations are evaluated in an OBS network, but this does not limit the applicability of the algorithm and the conclusions can be extended in the other optical networking paradigms. Finally, we examine the problem of joint reservation of communication and computation resources that are required by a task in a Grid Network. Grid Networks are considered as the next step in distributed systems, introducing the concept of shared usage of geographically distributed and heterogeneous resources (computation, storage, communication, etc.). We assume that the task execution consists of two phases: (a) the transfer of the input data from a data storage resource, or the scheduler to a computation resource (cluster), (b) the execution of a program at the cluster. We extend the multicost algorithm for the routing and scheduling of connections, outlined above, so as to handle the reservation of computation resources as its last leg. In this way the proposed algorithm performs a joint optimization for the communication and computation part required by a task and returns: (i) the cluster to the execute the task, (ii) the path to route the input data, (iii) the time to start the transmission of data, and (iv) the time to start the execution of the task. We start by presenting an algorithm of non-polynomial complexity and then by appropriately pruning the solution space, we give a heuristic algorithm of polynomial complexity. We show that in a Grid network where the tasks are cpu- and data-intensive important performance benefits can be obtained by jointly optimizing the use of the communication and computation resources.