Με την εργασία αυτή γίνεται μια οικονομική αξιολόγηση ενός ευρυζωνικού δικτύου πρόσβασης μέσα από την ανάπτυξη ενός προγράμματος (σε κώδικα C) που σαν εισόδους έχει την διείσδυση της κάθε υπηρεσίας στην αγορά, δηλαδή τον αριθμό των πιθανών συνδρομητών, τα στοιχεία της περιοχής, τον εξοπλισμό του δικτύου που πρόκειται να εγκατασταθεί, καθώς και οικονομικά στοιχεία όπως η χρέωση για την υπηρεσία από τον πάροχο. Χρησιμοποιώντας τα στοιχεία αυτά η εφαρμογή υπολογίζει την Καθαρή Παρούσα Αξία (NPV) τον Εσωτερικό Ρυθμό Επιστροφής (IRR) καθώς και την Παρούσα Αξία Ετήσιων Δαπανών (PVAC) για ένα χρονικό ορίζοντα δέκα ετών. Επίσης για την κοστολόγηση του δικτύου υπολογίζει τον συνολικό εξοπλισμό που χρειάζεται να εγκατασταθεί, κάνοντας μια εκτίμηση, προς την χειρότερη πλευρά, για τα μέτρα της οπτικής ίνας που χρειάζεται να τοποθετηθεί. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των NPV για έτος εκκίνησης διαφορετικό κάθε φορά παρουσιάζει το έτος που ένας πάροχος θα πρέπει να εγκαταστήσει το δίκτυο του έτσι ώστε στο τέλος του χρονικού ορίζοντα να έχει το μέγιστο δυνατό κέρδος. Στα πρώτα κεφάλαια γίνεται μια θεωρητική παρουσίαση των διαθέσιμων τεχνολογιών πρόσβασης και του εξοπλισμού, ενώ στα δύο τελευταία κεφάλαια παρουσιάζεται το πρόγραμμα και τα αποτελέσματα για τέσσερα υποθετικά σενάρια. / -

Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας μελετήθηκαν οι βασικές αρχές λειτουργίας και θορύβου στα Phase Locked Loops. Στη συνέχεια σχεδιάστηκε το σχηματικό και το layout ενός PLL μικτού σήματος στο λογισμικό σχεδίασης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, Cadence IC5141. Το κύκλωμα αυτό λειτουργεί σαν συνθέτης συχνοτήτων στην περιοχή των 5GHz, από μία συχνότητα αναφοράς 50MHz, έχει θόρυβο φάσης περίπου 88dBc στο 1MHz από το φορέα και μέση κατανάλωση λιγότερο από 30mW. / Analysis of basic operation principles and noise performance of Phase Locked Loops. Design of a PLL (schematic and layout) in Cadence IC5141.

Η εργασία αυτή μελετά τη σχεδίαση χώρο-ευαίσθητων φορητών παιχνιδιών για πολλούς παίχτες. Τα παιχνίδια αυτά παίζονται χρησιμοποιώντας συσκευές όπως PDAs και πιο πρόσφατα έξυπνα τηλέφωνα. Οι συσκευές δίνουν τη δυνατότητα στους παίχτες να έχουν πρόσβαση σε ψηφιακή πληροφορία κατά την ώρα του παιχνιδιού. Σημαντική είναι η δυνατότητα η πληροφορία αυτή να έχει σχέση με τη θέση και κατάσταση του παίχτη. Η πλαισιογνωστική αυτή πληροφορία καθώς και η δυνατότητα παιξίματος σε χώρους πολιτισμού και χώρους με μεγάλη πυκνότητα πληροφορίας, δίνουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν τα παιχνίδια αυτά στην άτυπη μάθηση (π.χ. από τάξεις μαθητών που επισκέπτονται μουσεία, αρχαιολογικά πάρκα κλπ.). Ο στόχος της μελέτης αυτής διατυπώθηκε ως «η υποστήριξη της σχεδίασης χώρο-ευαίσθητων φορητών παιχνιδιών σε χώρους άτυπης μάθησης». Ακολουθήσαμε μεθολογία βασισμένη στη σχεδιαστική έρευνα και εξετάσαμε τη διαδικασία σχεδίασης, υλοποίησης και αξιολόγησης τέτοιων παιχνιδιών. Ακολουθήθηκε μεθοδολογική προσέγγιση με τρία στάδια. 1. Αποσαφήνιση της έρευνας: εξετάστηκαν τα χαρακτηριστικά των παιχνιδιών και του περιβάλλοντος διάχυτου υπολογισμού τα οποία έχουν σημασία στην ανάπτυξη χώρο-ευαίσθητων παιχνιδιών. 2. Ανάπτυξη εργαλείων σχεδιαστικής στήριξης: αναπτύχθηκε μια λύση σε ένα σχεδιαστικό πρόβλημα, ένα παιχνίδι μάθησης για ένα μουσείο. Το αποτέλεσμα ήταν το MuseumScrabble, που απευθύνεται σε τάξεις μαθητών. Στη συνέχεια μελετήθηκαν οι σχεδιαστικές πρακτικές άλλων ομάδων σχεδιαστών. Μελέτη σχεδιαστικών πρακτικών, με τη μέθοδο της εθνογραφικής ανάλυσης περιεχομένου. Αναλύθηκαν έξι δημοσιεύσεις που αφορούσαν τρεις περιπτώσεις σχεδίασης, υλοποίησης και αξιολόγησης τέτοιων παιχνιδιών. Εργαστήρια σχεδίασης, όπου σχεδιάστηκαν και εκτελέστηκαν εργαστήρια με τη συμμετοχή σχεδιαστών με ποικίλο τεχνικό και επιστημονικό υπόβαθρο. Το αποτέλεσμα ήταν τρία εργαλεία σχεδιαστικής στήριξης. Το πλαίσιο σχεδίασης που περιγράφει σε αδρές γραμμές το χώρο σχεδιασμού, οι οδηγίες σχεδίασης και τα πρότυπα σχεδίσης που παρέχουν οδηγίες για τη στήριξη των σχεδιαστών. 3. Αξιολόγηση της σχεδιαστικής στήριξης: Με την εφαρμογή της στην ανάπτυξη ενός νέου παιχνιδιού, του «Αόρατη πόλη: Επαναστάτες εναντίον κατασκόπων», όπου χρησιμοποιήθηκαν τα εργαλεία σχεδιαστικής στήριξης σε κάποιες από τις φάσεις σχεδίασης. Με τη μελέτη των εργαλείων στο πλαίσιο χρήσης τους, όπου ζητήθηκε από σχεδιαστές να χρησιμοποιήσουν τα εργαλεία που αναπτύχθηκαν σε αυτή τη διατριβή για να σχεδιάσουν ένα παιχνίδι. / This dissertation studies the design of location-based multi-player mobile games. These are games which are played using devices such as PDAs or, more recently, smartphones. The devices allow the players to have access to digital information during the game. An important aspect is that this information is related to the location and state of the player. This context-sensitive information as well as the possibility to play at places of cultural importance or other places of high information density offers the opportunity to use this games for informal learning (e.g. by pupils who visit museums, archaeological parks etc.) The aim of this dissertation has been formulated as "to support the design of location-based mobile games in places of informal learning". We followed a methodology based on design research and we examined the processes of designing, implementing and evaluating of these games. The methodological approach that we followed consisted of three stages. 1. Research clarification: the characteristics of location-based mobile games and of pervasive computing environments were examined, which play a significant role in the development of location-based games. 2. Development of design support, which was conducted in three stages. First, a solution for a real-world design problem was developed, a location-based mobile game for pupils who visit a museum. The result was the game MuseumScrabble. Additionally, the design practices of other design teams were studied. Study of design practices, applying an ethnographic content analysis approach. Six publications were analyzed which concerned three cases of designing, implementing and evaluating games of this kind. Design workshops were conducted where the participating designers, of varying and multi-disciplinary background, designed game concepts which were subsequently analyzed to extract game design patterns. The results of these studies were three design support tools. A design framework, which describes the design space, a set of heuristic design guidelines and a number of game design patters which can support the task of designers. 3. Evaluation of the design support tools. By applying the design support in the development of a new game, «Invisible City: Rebels Vs. Spies», where the tools were employed at stages of the design. By studying the tools using a contextual inquiry technique, where it was asked of designers to use the design support tools in order to design a new game.

Αντικείμενο της παρούσας Ειδικής Επιστημονικής Εργασίας είναι η μελέτη, σχεδίαση, εξομοίωση και φυσική σχεδίαση ενός αναλογικού μιγαδικού ζωνοδιαβατού φίλτρου 6ης τάξης. Βασικές δομικές μονάδες του φίλτρου είναι ενισχυτές ρεύματος οι οποίοι χρησιμοποιούν τη βαθμίδα “Flipped Voltage Follower”. Με τη συγκεκριμένη βαθμίδα είναι εφικτή η σχεδίαση όλων των επιμέρους κυκλωμάτων σε περιβάλλον χαμηλής τάσης τροφοδοσίας-χαμηλής κατανάλωσης ισχύος. / The subject of this master thesis is the design, simulation and physical layout of a 6th order analog complex bandpass filter. The filter is constructed by current mirrors which are utilizing the cell "Fliped Voltage Follower". Thus, all of the circuits offer the benefit of operating in low-voltage/low-power environment.

Το αντικείμενο της διατριβής αυτής είναι η μελέτη της διαστρωματικής (cross-layer) προσέγγισης ανάπτυξης ασύρματων δικτύων κατανεμημένης λειτουργίας με απαιτήσεις επικοινωνίας πραγματικού χρόνου και περιορισμένους διαθέσιμους πόρους. Επιπλέον βασικό στόχο αποτελεί και η σχεδίαση, πρόταση αντίστοιχης αρχιτεκτονικής η οποία στοχεύει στη βέλτιστη διαχείριση διαθεσίμων δικτυακών πόρων σε καταστάσεις συμφόρησης του δικτύου και κατά συνέπεια στην βελτίωση της απόδοσης αυτού. Μέσα από μελέτες στα πλαίσια της διατριβής αναδεικνύεται η σημασία του φαινομένου συμφόρησης ως κύριου παράγοντα σπατάλης δικτυακών πόρων καθώς και οδήγησης του δικτύου σε κατάσταση κορεσμού με αρνητική επίπτωση σε όλες τις παραμέτρους απόδοσης του δικτύου. Στόχος, λοιπόν, της προτεινόμενης επικοινωνιακής αρχιτεκτονικής είναι η αποφυγή του φαινομένου συμφόρησης έτσι ώστε το δίκτυο να οδηγείται δυναμικά σε ένα σταθερό σημείο απόδοσης (όσο αυτό είναι δυνατό) το οποίο θα επιτρέπει στο δίκτυο να αποδίδει όσο το δυνατόν καλύτερα αποφεύγοντας τη ίδια στιγμή άσκοπη σπατάλη πόρων. Βασική παράμετρος στη σχεδίαση αποτελεί η συμβατότητα τόσο ως προς σημαντικό εύρος διαθέσιμων πρωτοκόλλων σε διάφορα επίπεδα, όσο και ως προς τη δυνατότητα συνύπαρξης κόμβων που ενσωματώνουν την προτεινόμενη αρχιτεκτονική με κόμβους χωρίς αυτήν. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική υλοποιήθηκε στα πλαίσια γνωστού και αξιόπιστου δικτυακού εξομοίωση. Αξιολόγηση της υλοποίησης αυτής μέσα από μεγάλο αριθμό πειραμάτων έδειξε επίτευξη του στόχου καθώς το φαινόμενο της συμφόρησης αντιμετωπίστηκε σε όλες τις περιπτώσεις με σημαντικά οφέλη στην απόδοση του δικτύου και διαχείριση των πόρων. Επιπλέον, λόγω του μεγάλου βαθμού παραμετροποίησης αποτελεί ιδανική βάση για μελλοντικές προεκτάσεις. / This objective of this dissertation is the study of cross-layer approach applied on the development of distributed wireless networks with real-time response demands and scarce available resources. Furthermore, another main goal is the design and proposal of a respective network architecture aiming at optimum resource management under congestion scenarios and therefore maximization of network performance. Through various studies undertaken in the context of this dissertation the importance of the congestion problem is presented as a main factor leading the network to resource waste and saturation conditions negatively affecting all network performance metrics. Consequently, this dissertation aims in proposing a cross-layer architecture able to detect and tackle congestion phenomenon by dynamically retaining network performance at a steady state (as than is possible) where network performs optimally and resource waste in minimized. Among others, a main parameter is retaining compatibility with a wide range of widely used protocols of various layers as well compatibility concerning the coexistence in the same network of stations supporting with stations not supporting the proposed architecture. The proposed architecture is implemented in the context of widely known and used network simulator. Evaluation of this implementation through numerous simulations showed that the objectives are met since congestion phenomenon is tackled in most cases with significant benefits concerning network performance and resource management. Furthermore, due to the high parametrization degree it constitutes a very good base for future expansions.

Οι εφαρμογές της σύγχρονης τεχνολογίας επιτάσσουν τη χρήση συσκευών με όσο το δυνατόν μικρότερες διαστάσεις, χαμηλή τάση τροφοδοσίας, χαμηλή κατανάλωση ισχύος και ταυτόχρονα υψηλές επιδόσεις. Το αντικείμενο της εργασίας αυτής, αφορά στη σχεδίαση αναλογικών ολοκληρωμένων φίλτρων, χαμηλής τάσης τροφοδοσίας, για υλοποίηση μεγάλων σταθερών χρόνου, στο πεδίο του λογαρίθμου. Προς αυτή την κατεύθυνση, μελετώντας και σχεδιάζοντας δομές αναλογικών φίλτρων στο πεδίο του λογαρίθμου, επιτεύχθηκε η σχεδίαση φίλτρων δεύτερης τάξης με μεγάλες σταθερές χρόνου, διατηρώντας τις φυσικές διαστάσεις των κυκλωμάτων σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα. Αρχικά, παρουσιάζονται κάποια εισαγωγικά στοιχεία για την σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων σε περιβάλλον χαμηλής τάσης τροφοδοσίας. Γίνεται εισαγωγή στην ιδέα των λογαριθμικών φίλτρων και αναλύονται οι βασικές αρχές σχεδίασης. Παρουσιάζονται βασικά χαρακτηριστικά των κυκλωμάτων στο πεδίο του λογαρίθμου, καθώς και ανάλυση των τελεστών και των διαγωγών που αποτελούν τη βάση της σχεδίασης στο λογαριθμικό πεδίο. Επιπλέον, παρουσιάζονται οι υλοποιήσεις των ολοκληρωτών των φίλτρων στο πεδίο του λογαρίθμου. Στη συνέχεια, γίνεται τοπολογική εξομοίωση 2ης τάξης βαθυπερατών φίλτρων στο πεδίο του λογαρίθμου. Σχεδιάζονται φίλτρα με την κλασική μέθοδο υλοποίησης, κάνοντας χρήση ισοδύναμων των παθητικών στοιχείων στο λογαριθμικό πεδίο, αλλά και φίλτρα υλοποιημένα με διάγραμμα ροής (SFG). Παρουσιάζονται τα πρώτα αποτελέσματα των εξομοιώσεων που πραγματοποιήθηκαν με το λογισμικό Cadence και το γραφικό περιβάλλον που διαθέτει για την σχεδίαση αναλογικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων (Virtuoso Analog Environment). Προτείνονται, δύο κυκλώματα τα οποία πραγματοποιούν πολλαπλασιασμό της χωρητικότητας των πυκνωτών, επιτυγχάνοντας έτσι μεγάλες σταθερές χρόνου, και η υλοποίηση νέων ολοκληρωτών που κάνουν χρήση των πολλαπλασιαστών. Δημιουργούνται έτσι οι βάσεις για την υλοποίηση φίλτρων με εξαιρετικά μικρές διαστάσεις, των οποίων η σχεδίαση, η εξομοίωση και η φυσική σχεδίαση (layout design) παρουσιάζονται, αναλύονται και συγκρίνονται. / The technological evolution and market requirements have led to an increasing demand of low - power portable devices, featuring the reduced size of the devises and high efficiency. This M.Sc project deals with the design of analog integrated, Log - Domain filters, for low - voltage implementation, with large time - constants. In this direction, the design of a second order, low - pass filter, with the above features, and with the occupied silicon area maintained at very low levels, was achieved. In Chapters 1 and 2, an introduction to the design of integrated circuits in low voltage environment is presented. There is an introduction to the idea and the basic principles of Log - Domain filters. The key characteristics of circuits in a large signal operation point of view, and an analysis of the operators and the exponential transconductor cells are, also presented. Furthermore, the basic Log - Domain integrators has been analyzed. A topologic analysis of second order Log - Domain filters is given in Chapter 3. Filters has been initially designed firstly with the classic implementation, using Log - Domain equivalent of passive elements. In a second step, the filter has been realizes by employing the signal flow diagram (SFG) representation. These filters were simulated with the Analog Design environment of the Cadence software. the obtained simulation results confirmed the correct operation of the circuit. Two implementations for realizing the Log - Domain equivalent of a capacitor multiplier are introduced. In addition, implementations of new Log - Domain integrators, that use the capacitor multipliers, are given in Chapter 4. Using these implementations, Log - Domain filters, with reduced total area and large time - constants, are designed, simulated and characterized in Chapter 5. Finally, the layout design of a second - order has been performed in Chapter 6 and the provided post - layout simulation results show that the performance of the filter was close to that of the filter realized in schematic level.

The 21st century is considered as the era of mass communication and electronic information exchange. There is a dramatic increase in electronic communications and e-transactions worldwide. However, this advancement results in the appearance of many security issues, especially when the exchanged information is sensitive and/or confidential. A significant aspect of security is authentication, which in most of the cases is provided through a cryptographic hash function. As happens for the majority of security primitives, software design and implementation of hash functions is becoming more prevalent today. However, hardware is the embodiment of choice for military and safety-critical commercial applications due to the physical protection and increased performance that they offer. Hence, similarly to general hardware designs, regarding cryptographic hash function ones, three crucial issues, among others, arise: performance, reliability, and flexibility. In this PhD dissertation, hardware solutions regarding cryptographic hash functions, addressing the aforementionted three crucial issues are proposed. Specifically, a design methodology for developing high-throughput and area-efficient sole hardware architectures of the most widely-used cryptographic hash families, i.e. the SHA-1 and SHA-2, is proposed. This methodology incorporates several algorithmic-, system-, and circuit-level techniques in an efficient, recursive way, exploiting the changes in the design’s graph dependencies that are resulted by a technique’s application. Additionally, high-throughput and area-efficient hardware designs for the above families as well as new ones (e.g. JH and Skein), are also proposed. These architectures outperform significantly all the similar ones existing in the literature. Furthermore, a design methodology for developing Totally Self-Checking (TSC) architectures of the most widely-used cryptographic hash families, namely the SHA-1 and SHA-2 ones is proposed for the first time. As any RTL architecture for the above hash families is composed by similar functional blocks, the proposed methodology is general and can be applied to any RTL architecture of the SHA-1 and SHA-2 families. Based on the above methodology, TSC architectures of the two representatice hash functions, i.e. SHA-1 and SHA-256, are provided, which are significantlty more efficient in terms of Throughput/Area, Area, and Power than the corresponding ones that are derived using only hardware redundancy. Moreover, a design methodology for developing hardware architectures that realize more than one cryptographic hash function (mutli-mode architectures) with reasonable throughput and area penalty is proposed. Due to the fact that any architecture for the above hash families is composed by similar functional blocks, the proposed methodology can be applied to any RTL architecture of the SHA-1 and SHA-2 families. The flow exploits specific features appeared in SHA-1 and SHA-2 families and for that reason it is tailored to produce optimized multi-mode architectures for them. Based on the above methodology, two multi-mode architectures, namely a SHA256/512 and a SHA1/256/512, are introduced. They achieve high throughput rates, outperforming all the existing similar ones in terms of throughput/area cost factor. At the same time, they are area-efficient. Specifically, they occupy less area compared to the corresponding architectures that are derived by simply designing the sole hash cores together and feeding them to a commercial FPGA synthesis/P&R/mapping tool. Finally, the extracted knowledge from the above research activities was exploited in three additional works that deal with: (a) a data locality methodology for matrix–matrix multiplication, (b) a methodology for Speeding-Up Fast Fourier Transform focusing on memory architecture utilization, and (c) a near-optimal microprocessor & accelerators co-design with latency & throughput constraints. / Ο 21ος αιώνας θεωρείται η εποχή της μαζικής επικοινωνίας και της ηλεκτρονικής πληροφορίας. Υπάρχει μία δραματική αύξηση των τηλεπικοινωνιών και των ηλεκτρονικών συναλλαγών σε όλο τον κόσμο. Αυτές οι ηλεκτρονικές επικοινωνίες και συναλλαγές ποικίλουν από αποστολή και λήψη πακέτων δεδομένων μέσω του Διαδικτύου ή αποθήκευση πολυμεσικών δεδομένων, έως και κρίσιμες οικονομικές ή/και στρατιωτικές υπηρεσίες. Όμως, αυτή η εξέλιξη αναδεικνύει την ανάγκη για περισσότερη ασφάλεια, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις όπου οι πληροφορίες που ανταλλάσονται αφορούν ευαίσθητα ή/και εμπιστευτικά δεδομένα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η ασφάλεια θεωρείται αναπόσπαστο χαρακτηριστικό των εμπλεκομένων εφαρμογών και συστημάτων. Οι συναρτήσεις κατακερματισμού παίζουν έναν πολύ σημαντικό ρόλο στον τομέα της ασφάλειας και, όπως συμβαίνει στην πλειοψηφία των βασικών αλγορίθμων ασφαλείας, οι υλοποιήσεις σε λογισμικό (software) επικρατούν στις μέρες μας. Παρόλα αυτά, οι υλοποιήσεις σε υλικό (hardware) είναι η κύρια επιλογή οσον αφορά στρατιωτικές εφαρμογές και εμπορικές εφαρμογές κρίσιμης ασφάλειας. Η NSA, για παράδειγμα, εξουσιοδοτεί μόνο υλοποιήσεις σε υλικό. Αυτό γιατί οι υλοποιήσεις σε υλικό είναι πολύ γρηγορότερες από τις αντίστοιχες σε λογισμικό, ενώ προσφέρουν και υψηλά επίπεδα «φυσικής» ασφάλειας λόγω κατασκευής. Έτσι, όσον αφορά τις κρυπτογραφικές συναρτήσεις κατακερματισμού, όπως ίσχυει γενικά στις υλοποιήσεις υλικού, ανακύπτουν τρία (ανάμεσα σε άλλα) κύρια θέματα: Επιδόσεις, Αξιοπιστία, Ευελιξία. Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι να παράσχει λύσεις υλοποίησης σε υλικό για κρυπτογραφικές συναρτήσεις κατακερματισμού, στοχεύοντας στα τρία κύρια ζητήματα που αφορούν υλοποιήσεις σε υλικό, τα οποία και προαναφέρθηκαν (Επιδόσεις, Αξιοπιστία, Ευελιξία). Συγκεκριμένα, προτείνονται μεθοδολογίες σχεδιασμού αρχιτεκτονικών υλικού (καθώς και οι αρχιτεκτονικές αυτές καθαυτές) για τις οικογένειες SHA-1 και SHA-2 οι οποίες επιτυγχάνουν υψηλή ρυθμαπόδοση με λογική αύξηση της επιφάνειας ολοκλήρωσης. Επίσης, προτείνονται αρχιτεκτονικές οι οποίες επιτυγχάνουν υψηλή ρυθμαπόδοση με λογική αύξηση της επιφάνειας ολοκλήρωσης για νέες κρυπτογραφικές συναρτήσεις, δηλαδή για τις JH και Skein. Ακόμα, προτείνονται μεθοδολογίες σχεδιασμού αρχιτεκτονικών υλικού (καθώς και οι αρχιτεκτονικές αυτές καθαυτές) για τις οικογένειες SHA-1 και SHA-2 οι οποίες έχουν τη δυνατότητα να ανιχνέυουν πιθανά λάθη κατά τη λειτουργία τους ενώ επιτυγχάνουν υψηλή ρυθμαπόδοση με λογική αύξηση της επιφάνειας ολοκλήρωσης. Τέλος, προτείνονται μεθοδολογίες σχεδιασμού πολύ-τροπων αρχιτεκτονικών υλικού (καθώς και οι αρχιτεκτονικές αυτές καθ’αυτές) για τις οικογένειες SHA-1 και SHA-2 οι οποίες έχουν τη δυνατότητα να υποστηρίξουν παραπάνω από μία συνάρτηση ενώ επιτυγχάνουν υψηλή ρυθμαπόδοση με λογική αύξηση της επιφάνειας ολοκλήρωσης.

Η εισαγωγή και η ενσωμάτωση των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών (ΤΠΕ) στην τριτοβάθμια εκπαίδευση αποτελεί πλέον στις μέρες μας γεγονός παγκοσμίως. Καθοριστικό ρόλο στην πραγματικότητα αυτή έχει διαδραματίσει η ραγδαία ανάπτυξη του διαδικτύου και οι επιμέρους εφαρμογές του. Στην παρούσα εργασία με θέμα «Σχεδίαση, ανάπτυξη, εφαρμογή και αξιολόγηση ενός συμβατικού πανεπιστημιακού μαθήματος με τη χρήση ενός υπολογιστικού περιβάλλοντος σύγχρονης και ασύγχρονης εκπαίδευσης: αντιλήψεις στάσεις και πρακτικές των φοιτητών», σχεδιάσαμε και εφαρμόσαμε ένα παιδαγωγικό πλαίσιο ένταξης ενός συστήματος διδασκαλίας και μάθησης εξ αποστάσεως εκπαίδευσης (Moodle) σε ένα πανεπιστημιακό μάθημα, αξιοποιώντας βασικές εποικοδομιστικές και κοινωνικοπολιστισμικές θεωρήσεις για τη μάθηση. Σκοπός μας ήταν να μελετήσουμε τα χαρακτηριστικά μιας ομάδας χρηστών ενός τέτοιου συστήματος κατά τη διάρκεια ενός εξαμήνου και να αποφανθούμε για τις στάσεις αντιλήψεις και πρακτικές χρήσης που ανέπτυξαν κατά την συμμετοχή τους στο εν λόγω μάθημα, καθώς και να αξιολογήσουμε τη μαθησιακή αποτελεσματικότητα του περιβάλλοντος μάθησης που σχεδιάσαμε. Στο πρώτο μέρος αυτής της εργασίας παραθέτουμε το θεωρητικό πλαίσιο της εργασίας, το οποίο αναφέρεται στις νέες παιδαγωγικές μεθόδους των ΤΠΕ στην τριτοβάθμια εκπαίδευση, σε σχετικές ερευνητικές διαδικασίες και τέλος στην περιγραφή τη σχεδίασης ενός παιδαγωγικού πλαισίου χρήσης, που διαπνέεται από την προσέγγιση της επίλυσης προβλήματος, κατάλληλο για την εφαρμογή σε μικτά μοντέλα διδασκαλίας και μάθησης σε παραδοσιακά πανεπιστημιακά μαθήματα. Στη συνέχεια περιγράφουμε το ερευνητικό πλαίσιο, το οποίο βασίζεται στις βασικές αρχές της αναπτυξιακής έρευνας. Σε πρώτη φάση σχεδιάσαμε ένα περιβάλλον μάθησης, στη συνέχεια το εφαρμόσαμε για ένα ακαδημαϊκό εξάμηνο και τέλος το αξιολογήσαμε εφαρμόζοντας μια μελέτη περίπτωσης. Τέλος, παρουσιάζουμε και αναλύουμε τα αποτελέσματα της έρευνας και προβαίνουμε σε κάποια συμπεράσματα. Τα συμπεράσματα αυτά αφορούν την αξιολόγηση του μαθησιακού περιβάλλοντος που εφαρμόσαμε, περιγράφοντας τις αντιλήψεις, τις στάσεις και τις πρακτικές των φοιτητών που παρακολούθησαν το μάθημα, συσχετίζοντάς τα με την επίδοσή τους και τη χρήση του συστήματος. / -

Το αντικείμενο της διατριβής αυτής είναι η εισαγωγή ενός νέου πρωτοκόλλου (e-SCP-ECG+) με στόχο την μεταφορά και διαχείριση πολλαπλών τύπων πληροφορίας που προέρχονται από ιατρικές συσκευές συλλογής ζωτικών σημάτων, δεδομένα που αφορούν τις αλλεργίες από τις οποίες υποφέρει ο ασθενής, στοιχεία γεωτοποθεσίας, καθώς επίσης και δημογραφικών στοιχείων, από τους ασθενείς σε υπολογιστικούς σταθμούς επεξεργασίας, διαχείρισης και αποθήκευσής της. Ορίζεται επίσης η αρχιτεκτονική ενός Συστήματος Τηλεπαρακολούθησης Υγείας Ασθενούς (ΣΤΥΑ), το οποίο χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο e-SCP-ECG+ για τη μεταφορά, τη διαχείριση και την αρχειοθέτηση της συλλεγόμενης πληροφορίας. Η αρχιτεκτονική περιλαμβάνει, επίσης, τη δημιουργία ενός Δικτύου από ΣΤΥΑ, με στόχο την δικτυακή αναζήτηση πληροφορίας σχετικής με τον ασθενή, εξασφαλίζοντας έτσι τη δυνατότητα του ελέγχου της πορείας της υγείας ενός ασθενούς. Το ΣΤΥΑ πέρα από την λειτουργία του σε εργαστηριακό επίπεδο, δοκιμάστηκε πιλοτικά σε πραγματικές συνθήκες. / This dissertation introduces a new protocol named e-SCP-ECG+, which permits the transport and management of multiple information types collected from patients (vital signs, citizen demographic data, other information relative with the treated incident, allergy data, geolocation data, etc.), through a communication network to a Health Reception Center. The dissertation also defines the architecture of a Health Tele-monitoring System (HTS) aiming to protocol’s application and evaluation. The pilot HTS, uses the protocol e-SCP-ECG+, in order to transmit, manage and archive the collected information. The creation of an HTS’s Network is also included in this architecture. This network supports health continuity and gives doctor the ability to search information relative to the patient between different networked HTSs. The pilot HTS, has been tested both on laboratory conditions and in real-world operation.

Η υλοποίηση πρακτικών ασύρματων συστημάτων επικοινωνίας δεδομένων στην τεχνολογία UWB παρουσιάζει ιδιαίτερες προκλήσεις, κυρίως λόγω της χαμηλής ισχύος εκπομπής και της πολύ σύντομης διάρκειας των παλμών που χρησιμοποιούνται, οι οποίοι θα πρέπει να στέλνονται με πολύ μεγάλες ταχύτητες για την επίτευξη των επιθυμητών ρυθμών μετάδοσης. Το κανάλι μετάδοσης είναι ιδιαίτερα επιλεκτικό ως προς την συχνότητα και εξαιρετικά πυκνό και πλούσιο σε πολυοδικές συνιστώσες με αρκετά μεγάλες καθυστερήσεις. Αυτές οι συνιστώσες μπορούν να ανιχνευθούν και να συλλεχθούν χρησιμοποιώντας κατάλληλες δομές δεκτών RAKE, οι οποίοι τις συνθέτουν ώστε να μεγιστοποιηθεί η ενέργεια του ωφέλιμου σήματος, αυξάνοντας την απόδοση του συστήματος. Οι δομές αυτές παρουσιάζουν την καλύτερη απόδοση σε τέτοια συστήματα, αλλά έχουν μεγάλη υπολογιστική πολυπλοκότητα, καθώς για την ικανοποιητική απόδοση του συστήματος πρέπει να συνδυάσουν πολλές συνιστώσες, δεδομένης και της χαμηλής ισχύος εκπομπής της τεχνολογίας. Συνεπώς, για την υλοποίηση ενός πρακτικού και αποδοτικού συστήματος, σημαντικό ζήτημα αποτελεί ο τρόπος επιλογής και συνδυασμού των συνιστωσών μέσω ενός αλγορίθμου που θα χρησιμοποιεί τον μικρότερο δυνατό αριθμό δακτύλων. Στόχοι της διατριβής ήταν η μελέτη της τεχνολογίας UWB, η διερεύνηση των παραμέτρων των παλμικών UWB συστημάτων, η μελέτη και εξομοίωση μοντέλων του καναλιού, η κατανόηση των οποίων είναι απαραίτητη για την αποτελεσματική ανίχνευση του σήματος και τον σχεδιασμό των αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας του σήματος, η διερεύνηση δεκτών RAKE καθώς και εναλλακτικών δομών, οι εξομοιώσεις πομποδέκτη παλμικού UWB σε επίπεδο συστήματος με έμφαση στον RAKE και τον εκτιμητή καναλιού, η διερεύνηση παραμέτρων και τεχνικών για την υλοποίηση σε υλικό και τέλος η ανάπτυξη, ο σχεδιασμός και υλοποίηση μιας πρακτικής δομής δέκτη με RAKE αποδιαμορφωτή και εκτιμητή καναλιού που συνδυάζει χαμηλή πολυπλοκότητα και ικανοποιητική απόδοση. Παρουσιάζονται και συγκρίνονται τρεις νέες διαφορετικές προσεγγίσεις σχεδίασης, οι οποίες βασίζονται σε προτεινόμενο υβριδικό αλγόριθμο (HPS) για την μείωση της πολυπλοκότητας του RAKE και δίνονται αποτελέσματα που αφορούν στην αξιοποίηση του υλικού και στις επιδόσεις του συστήματος. Tα αποτελέσματα παρουσιάζουν το trade-off ανάμεσα στην συλλογή ενέργειας, την απόδοση του δέκτη και την πολυπλοκότητά του. Η αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων αρχιτεκτονικών επαληθεύεται μέσω ειδικής πλατφόρμας αναδιατασσόμενου υλικού στην οποία υλοποιήθηκε η σχεδίαση. / Τhe implementation of practical wireless data communications systems for the UWB technology is very challenging due to the use of low-power ns-duration pulses which have to be sent in a high-frequency in order to achieve the desirable data rates. The UWB channel is highly frequency selective and it is characterized by dense and rich multipath propagation and large multipath delay spreads in some cases. A RAKE receiver can be employed in order to exploit multipath diversity and effectively capture the desired signal energy which is dispersed over the various multipath components, helping to mitigate fading. However, the particular nature of UWB results in very low-energy paths which, in conjunction with high multipath diversity, leads to a RAKE receiver that must exploit a large number of MPCs in order to optimize the received SNR. Thus, for the implementation of a low-complexity system it is important to define a novel method for the selection and combining of MPCs and develop an algorithm that is able to utilize a minimum number of fingers in the RAKE structure. Our work was focused in the study of UWB technology, the investigation of the parameters of IR-UWB systems, the study and understanding of the channel models which is necessary for the design of practical and efficient DSP algorithms, the investigation of RAKE type receivers as well as other alternative structures, the system-level simulations of the IR-UWB transceiver with emphasis given to the algorithms for the RAKE demodulator and channel estimator, the investigation of the parameters and techniques for the implementation of the system in hardware and finally, the development, design, and implementation of a practical receiver structure that includes a RAKE demodulator and a channel estimator and combines low complexity and satisfactory performance. The ultimate goal of this work is the presentation and investigation of the proposed channel estimator and (MRC)-RAKE receiver architecture which is based on a proposed novel hybrid algorithm called HPS. Three different design approaches aiming to a practical system implementation in an FPGA are proposed and compared and system/algorithm performance, hardware utilization results are provided. The obtained results demonstrate the trade-off between energy capture, performance and receiver complexity. The effectiveness of the proposed architectures is verified on a special FPGA platform which was used for the implementation of the receiver structure.