Η κατασκευή ενός ολοκληρωμένου κβαντικού υπολογιστή αποτελεί μια πρόκληση για τη σύγχρονη επιστήμη. Ο κβαντικός υπολογιστής μας δίνει την ελπίδα πως κάποια στιγμή στο κοντινό μέλλον, θα είμαστε σε θέση να λύνουμε προβλήματα ταχύτερα και πιο αποδοτικά από ότι κάνει ένας κλασσικός υπολογιστής σήμερα. Για παράδειγμα, ο κβαντικός αλγόριθμος παραγοντοποίησης του Shor [3] πετυχαίνει εκθετική επιτάχυνση έναντι του κλασσικού, κάτι που σημαίνει πως η χρήση του πρωτόκολλου κρυπτογράφησης RSA δεν θα είναι όσο ασφαλής είναι σήμερα. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα μεγάλες αλλαγές στις επικοινωνίες και στις συναλλαγές στο προσεχές μέλλον. Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα περιγράψουμε τις αρχές που πρέπει να πληρεί ένα κβαντικό σύστημα για να θεωρηθεί κβαντικός υπολογιστής, πώς υλοποιούμε ένα qubit που είναι η μονάδα πληροφορίας του και τέλος θα μιλήσουμε για το πώς κωδικοποιούμε την κβαντική πληροφορία ώστε να είμαστε σε θέση να τη διορθώσουμε. Αρχίζουμε με τη διατύπωση των αρχών της κβαντικής μηχανικής , όπως προκύπτουν από την πειραματική διαδικασία. Συνεχίζουμε με την υπεραγωγιμότητα, το φαινόμενο που μας επιτρέπει να χειριζόμαστε μακροσκοπικά της κβαντικές ιδιότητες της ύλης, όπως και κάποια ακόμα φαινόμενα, όπως αυτό του Meissner, που μας δίνουν τη δυνατότητα να δημιουργήσουμε το κυκλώμα που υλοποιεί το qubit. Τέλος, περιγράφουμε θεωρητικά ένα καθολικό σύνολο από κβαντικές πύλες και τα κυκλώματα διόρθωσης λαθών κβαντικού κώδικα. / The construction of an integrated quantum computer is a challenge for modern science. The quantum computer gives us hope that sometime in the near future, we will be able to solve problems faster and more efficiently than does a conventional computer today. For example, the Shor's quantum algorithm for factoring [3] gave exponential acceleration compared to the classical one, which means that the use of RSA encryption protocol will not be safe as it is today. This will result large changes in communications and transactions in the near future. In this paper we describe the principles that must meet a quantum system to be considered as a quantum computer, how do we implement a qubit which is the unit of information, and finally we'll talk about how we encode quantum information in order to be able to fix it . We begin with the formulation of the principles of quantum mechanics, derived from the experimental procedure. We continue with the superconductivity phenomenon that allows us to manipulate the macroscopic quantum properties of matter, and even some phenomena such as the Meissner, who enable us to create a circuit that implements the qubit. Finally, we describe theoretically a universal set of quantum gates and circuits of error correcting quantum code.

Ένα από τα βασικότερα τμήματα ενός συστήματος ψηφιακής μετάδοσης είναι η κωδικοποίηση καναλιού, η οποία στόχο έχει την ανίχνευση και διόρθωση των λαθών που εισάγονται στην πληροφορία μέσα στο κανάλι. Οι Bose, Chaudhuri και Hocquenghem (BCH) κώδικες είναι μία μεγάλη ομάδα ισχυρών κυκλικών κωδίκων διόρθωσης τυχαίων λαθών. Οι BCH κώδικες περιγράφονται με χρήση αλγεβρικών δομών που λέγονται πεπερασμένα πεδία. Για την κατανόηση των λειτουργιών κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης απαιτείται η προσεκτική μελέτη της άλγεβρας πεπερασμένων πεδίων και της αριθμητικής της. Οι BCH κώδικες χρησιμοποιούνται στο δορυφορικό πρότυπο DVB-S2, σε συνδυασμό με LDPC κώδικες. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε σχεδίαση και υλοποίηση κωδικοποιητών και αποκωδικοποιητών για κώδικες BCH(15,5,3) και BCH(16200,16008,12). Ο δεύτερος αποκωδικοποιητής σχεδιάστηκε με βάση της προδιαγραφές που θέτει το DVB-S2, και καλύπτει μία από τις περιπτώσεις κωδικοποίησης του συστήματος. Τέλος, αποδεικνύεται ότι με ελάχιστες μετατροπές ο ίδιος αποκωδικοποιητής μπορεί να καλύψει όλες τις περιπτώσεις διόρθωσης 12 λαθών ενός DVB-S2 συστήματος. / Channel coding is one of the most important parts of a digital transmission system, and it aims at the detection and correction of errors that might have occurred in a noisy channel. Bose, Chaudhuri and Hocquenghem (BCH) codes form a large class of powerful random error-correcting cyclic codes. BCH codes operate over algebraic structures called finite fields. Understanding the processes of encoding and decoding requires a careful study of finite field algebra and the associated arithmetic. DVB-S2 is a specification for satellite broadcasting that deploys BCH codes combined with LDPC codes. This thesis sets out to account for the design and implementation of encoders and decoders for the BCH(15,5,3) and BCH(16200,16008,12) codes. The BCH(16200,16008,12) encoder/decoder was designed according to the DVB-S2 standard. Proof is provided that the same encoder/decoder, with only some minor changes, can be used for all the 12 error-correcting codes used in DVB-S2.

Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας μελετήσαμε τους Secure Hash Algorithms, σχεδιάσαμε μια υλοποίηση αυτών με Reconfigurable αρχιτεκτονική και το συνθέσαμε σε ένα FPGA board. Η εργασία ξεκίνησε με μελέτη των προτύπων του SHA-160/224/256/384/512 και ιδιαίτερα των μαθηματικών συναρτήσεων υπολογισμού και των χαρακτηριστικών μεγεθών του κάθε αλγόριθμου. Επικεντρωθήκαμε στην εύρεση των κοινών σημείων και στα χαρακτηριστικά μεγέθη και στις συναρτήσεις και στο πως θα μπορούσαμε να εκμεταλλευτούμε αυτά για να πετύχουμε μια υλοποίηση και των πέντε αλγορίθμων χωρίς να γίνονται περιττοί υπολογισμοί και επαναχρησιμοποίηση area. Η υλοποίηση μας θα έπρεπε επίσης να έχεις τέσσερα μπλοκ διαφορετικών μηνυμάτων ταυτόχρονα προς επεξεργασία χωρίζοντας την σε τέσσερα ανεξάρτητα στάδια με pipeline τεχνική για την βελτίωση της απόδοσης. Επίσης κάθε μήνυμα μπορεί να χρησιμοποιεί οποιοδήποτε από τους αλγόριθμους SHA-160/224/256/384/512. Εφόσον η αρχική υλοποίηση μας πιστοποιήθηκε ότι παράγει το σωστό αποτέλεσμα σύμφωνα με τα test vector των προτύπων χρησιμοποιήσαμε την τεχνική του partial unrolling operations για να μειώσουμε τα απαιτούμε clock για τον υπολογισμό των hash τιμών των μηνυμάτων. Τέλος, με την χρήση Modelsim και Precision Physical, υλοποιήσαμε και συνθέσαμε και τις δυο αρχιτεκτονικές μας συγκρίνοντας τα αποτελέσματα και προτείνοντας μελλοντικές βελτιώσεις και προσθήκες στο σύστημά μας. / In this thesis we studied the Secure Hash Algorithms, designed a Reconfiguble Implementation of them and synthesized it on an FPGA board. The work started with the study of the SHA-160/224/256/384/512 prototypes and especially with the mathematical equations and the algorithm sizes. We focused on finding the common points between the algorithm sizes and the mathematical equations along with how we could take advantage of them so we could achieve an implementation of the five SHA algorithms without doing any not necessary computations and area reuse. The implementation must, also, have four different blog messages at the same time for computation in the processor unit, leading to a pipeline distinction of four autonomous parts and improved performance. Moreover the message chooses the algorithm that will be used for encryption. After we validated the original reconfigurable architecture by using the test vectors of the prototypes, we used the partial unrolling of operations technique to decrease the needed number of clocks for the computation of the message digest. Finally, by using Modelsim and Precision Physical we implemented and synthesized both proposed architectures, compared the results and proposed future improvements and additions in our system.

Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία, παρουσιάζεται η πολύ γνωστή μέθοδος Simplex. Με τη βοήθεια της μεθόδου Simplex, μπορούμε να επιλύσουμε προβλήματα γραμμικού προγραμματισμού, ακέραιου γραμμικού προγραμματισμού καθώς και διάφορες παραλλαγές των παραπάνω. Ειδικότερα για τον ακέραιο γραμμικό προγραμματισμό, παρουσιάζονται κάποιες από τις πιο γνωστές μεθόδους αναζήτησης, οι οποίες ανήκουν στην οικογένεια μεθόδων “Branch And Bound”. Επίσης κάποιες τεχνικές αναζήτησης των βέλτιστων λύσεων στο δένδρο που δημιουργείται από τις προηγούμενες τεχνικές. Τα παραπάνω υλοποιήθηκαν σε ένα λογισμικό με γραφικό περιβάλλον (GUI), το οποίο είναι συμβατό με τις περισσότερες εκδόσεις του Λειτουργικού Συστήματος, Windows της Microsoft και χωρίς να χρειάζονται κάτι επιπλέον σε έναν Προσωπικό Υπολογιστή. / This thesis presents the well-known method Simplex. With method Simplex, we can solve problems of linear programming, integer linear programming and several variants of the above. Especially for the integer linear programming, presented some of the most known search methods, which belong to the family of methods "Branch And Bound". Also presented some search techniques for optimal solutions in the tree, generated by the same techniques. These were implemented in a software with graphical interface (GUI), which is compatible with most versions of the Microsoft Windows OS, with a simple installation.

Για την επίλυση προβλημάτων πολλαπλών πεδίων / πολλαπλών φυσικών έχουν προταθεί διάφορες τεχνικές στη βιβλιογραφία. Οι μέθοδοι χαλάρωσης στις διεπαφές είναι μια ενδιαφέρουσα προσέγγιση για την επίλυση αυτών των προβλημάτων. Υποθέτοντας κάποιες αρχικές τιμές στις διεπαφές του προβλήματος, οι μέθοδοι χαλάρωσης στις διεπαφές επιλύουν επαναληπτικά τα υποπροβλήματα και χαλαρώνουν τις τιμές στις διεπαφές έως ότου επιτευχθεί σύγκλιση. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα των μεθόδων αυτών είναι ότι οι ρυθμοί σύγκλισής τους εξαρτώνται μόνο από τις παραμέτρους των ίδιων των προβλημάτων, τις παραμέτρους που σχετίζονται με την ανάλυση των προβλημάτων σε υποπροβλήματα και τις παραμέτρους που σχετίζονται με τον τελεστή που εφαρμόζεται στις διεπαφές. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία παρουσιάζεται μια νέα υλοποίηση μιας μεθόδου χαλάρωσης στις διεπαφές, της μεθόδου GEO. Η GEO βασίζεται σε έναν απλό μηχανισμό γεωμετρικής διόρθωσης και δρα επαναληπτικά, ώστε να χαλαρώσει τις τιμές στις διεπαφές. Πιο συγκεκριμένα, προσθέτει στις παλιές τιμές των διεπαφών έναν γεωμετρικά σταθμισμένο συνδυασμό των κανονικών παραγώγων των οριακών σημείων των γειτονικών πεδίων. Η υλοποίηση της μεθόδου GEO γίνεται στην πλατφόρμα FEniCS, η οποία είναι μια συλλογή ελεύθερου λογισμικού για την αυτοματοποιημένη, αποδοτική υλοποίηση διαφορικών εξισώσεων. Η υλοποίηση πραγματοποιείται με τρόπο τέτοιο που ο χρήστης να μπορεί εύκολα να ορίζει τις ιδιότητες των πεδίων του προβλήματος (όπως, γεωμετρία του προβλήματος, τελεστής μερικής διαφορικής εξίσωσης, οριακές συνθήκες, συνθήκες διεπαφών). Στο παρασκήνιο γίνεται η δημιουργία ή / και η βελτιστοποίηση των πλεγμάτων (τριγωνικά στοιχεία) για κάθε πεδίο του προβλήματος, η επίλυση των τοπικών προβλημάτων μερικών διαφορικών εξισώσεων και η εμφάνιση των υπολογισμένων τιμών για το πρόβλημα συνολικά και για τις διεπαφές. Η κυριότερη πρόκληση της υλοποίησης είναι η πρόσβαση στις τιμές των λύσεων στις διεπαφές και η εισαγωγή των χαλαρωμένων τιμών πίσω στα υποπροβλήματα για να αποτελέσουν τις οριακές συνθήκες των υποπροβλημάτων. Πραγματοποιούνται πειράματα σε προβλήματα-μοντέλα, ώστε να ελεγχθεί η εφαρμοσιμότητα και η σύγκλιση της μεθόδου. Στη συνέχεια, υλοποιείται μια παράλληλη έκδοση της μεθόδου και πραγματοποιούνται συγκριτικά πειράματα απόδοσης. Η παράλληλη υλοποίησή μας αποδεικνύεται πολύ χρήσιμη, ειδικά για μεγάλα προβλήματα. / Several approaches have been suggested in the literature for the solution of multiphysics / multidomain problems. Interface Relaxation (IR) methods are an interesting approach for the solution of these problems. Assuming initial guesses on the interfaces of the original problem, IR methods iteratively solve the subproblems and relax for new values on the interfaces until convergence is succeeded. Their main advantages are that their rates of convergence only depend on the parameters of the problem itself, the parameters related to its decomposition into subproblems and the parameters related to the operator imposed on the interfaces. In the present master thesis a new implementation of an IR method named GEO is presented. GEO is based on a simple geometric correction mechanism and acts iteratively so as to relax the values of the solution on the interfaces. In particular, it adds to the old interface values a geometrically weighted combination of the normal boundary derivatives of the adjacent subdomains. In this thesis GEO is implemented in FEniCS. The FEniCS project is a collection of free software for automated, efficient solution of differential equations. In order to evaluate the GEO implementation, it is applied on two different PDE problems with the same differential equation and boundary conditions and different domains. FEniCS methods are used to specify the problem's subdomains properties (i.e. geometry, PDE operator and boundary/interface conditions). They are also used to generate and/or refine meshes (triangular elements) for each subdomain, solve the local PDE problems and show the computed results in the global domain and on the interfaces. Getting values of the solutions on the interface (boundaries of the subproblems) and passing the new relaxed values back to the subproblems as updated values for the boundary conditions is the main challenge of the IR methodology implementation. Experiments are performed for 2-dimensional elliptic partial differential model problems with partitions in multiple subdomains and the results are examined in terms of the method's applicability and convergence. A parallel implementation of the GEO method using FEniCS is also presented, as well as its performance comparison to the serial implementation. The parallel implementation proves to be really useful, especially for large problems.

Τα δίκτυα έχουν ζήσει μια αλματώδη ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια. Ανάπτυξη που αφορά όχι μόνο το μέγεθος τους αλλά και τη λειτουργικότητά τους. Οι κόμβοι ενός δικτύου μπορούν πλέον να επιτελέσουν και λειτουργίες βασισμένες σε πολιτικές όπως το proxy-caching, το encryption, το tunneling και το firewalling. Στις μέρες μας έχει αρχίσει να εμφανίζετε η δυνατότητα προγραμματισμού στους κόμβους ενός δικτύου, επιτρέποντας έτσι τον πειραματισμό με ποιο πολύπλοκες υπηρεσίες. Η ανάγκη για πιο γρήγορη υλοποίηση νέων υπηρεσιών στα δίκτυα χρησιμοποιώντας τις ήδη υπάρχουσες πολύπλοκες δυνατότητες θέτει μια νέα, μεγάλη, πρόκληση στα ήδη υπάρχοντα εργαλεία ελέγχου των δικτύων. Η πολυπλοκότητα των υπηρεσιών, ο αριθμός των κόμβων του δικτύου, ο προγραμματισμός τέτοιων κόμβων, και η ταχύτητα απαιτούν μια πρωτοποριακή αντιμετώπιση του αντικειμένου που καλείται υλοποίηση υπηρεσιών (Service Deployment). Η παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζει μια αυτοματοποιημένη προσέγγιση σχετική με την υλοποίηση υπηρεσιών που μπορεί με ευκολία να εφαρμοστεί και σε μεγάλα ετερογενή δίκτυα. Η διατριβή επικεντρώνεται σε δυο κυρίως θέματα. Πρώτα παρουσιάζουμε ένα πλαίσιο που συνδέει τα επίπεδα του δικτύου και των κόμβων με ιεραρχικά κατανεμημένους υπολογισμούς. Και δεύτερον παρουσιάζουμε μια μέθοδο που χρησιμοποιήσαμε για να επιτύχουμε το ταίριασμα μεταξύ των προγραμματιστικών μοντέλων που χρησιμοποιούνται για τις υπηρεσίες και αυτών που χρησιμοποιούνται σαν δικτυακοί κόμβοι. Με τη βοήθεια των δυο παραπάνω προοπτικών οδηγούμαστε σε μια ολοκληρωμένη άποψη για το πώς πρέπει σε βάθος να αναλυθεί η έννοια της υλοποίησης υπηρεσιών (Service Deployment). Όταν νέες υπηρεσίες εγκαθιστούνται, το αυτοματοποιημένο σύστημα της υλοποίησης υπηρεσιών επιτρέπει στις κατανεμημένα και πολύπλοκα χαρακτηριστικά των δικτυακών στοιχείων να εντοπιστούν γρηγορότερα και να χρησιμοποιηθούν πιο αποδοτικά, σε σχέση πάντα με ένα παραδοσιακό κεντρικοποιήμενο σύστημα. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την ταχύτερη εγκατάσταση και την βέλτιστη χρησιμοποίηση των διαθέσιμων υπηρεσιών. Η δομή της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ακόλουθη: Στο Κεφάλαιο 1 τονίζονται οι στόχοι της διδακτορικής διατριβής ενώ αναφέρονται περιληπτικά οι βασικές συνεισφορές της. Ο βασικός στόχος του Κεφαλαίου 2 είναι να εισάγει τον αναγνώστη στις αρχές της επιστήμης της XML. Αναφέρονται όλα τα βασικά στοιχεία που είναι απαραίτητα στο να διασαφηνιστούν έννοιες και αρχές σχετικά με την XML και τη χρήση της. Διευκρινίζονται θέματα όπως διαλειτουργικότητά της και η ανεξαρτησία που προσφέρει. Γίνεται μια σε βάθος περιγραφή από τα οφέλη που θα αποκομίσουμε υιοθετώντας μια τεχνολογία όπως η XML. Οφέλη που θα μας βοηθήσουν να αναπτύξουμε και να δημιουργήσουμε μια δυναμική αρχιτεκτονική που να ναι σε θέση να καλύψει τις ανάγκες μας. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται η μελέτη και εν συνεχεία ο σχεδιασμός του κατανεμημένου δρομολογητή (Distributed Router). Γίνεται μια παρουσίαση της προτεινόμενης λύσης. Παρουσιάζεται με έναν απλό και περιεκτικό τρόπο το FlexiNET κομμάτι του οποίου είναι ο κατανεμημένος δρομολογητής. Αναφερόμαστε στον διαχωρισμό του επιπέδου forwarding από το επίπεδο του control. Στη συνέχεια γίνεται μια λεπτομερής περιγραφή της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής. Παρουσιάζεται μια λεπτομερής περιγραφή των επιμέρους επιπέδων του κατανεμημένου δρομολογητή. Παρουσιάζονται οι απαιτήσεις και προδιαγραφές των επιμέρους επιπέδων και γίνεται μια αντιστοίχηση με την αρχιτεκτονική του FlexiNET. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται μελέτη, ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός ολοκληρωμένου συστήματος διαχείρισης πόρων και υλοποίησης υπηρεσιών. Αρχικά γίνεται μια παρουσίαση σχετικών εργασιών πάνω στο αντικείμενο που πραγματευόμαστε. Εντοπίζονται οι όποιες αδυναμίες και τονίζεται πως μπορούμε με τη βοήθεια του προτεινόμενου συστήματος να τις ξεπεράσουμε. Παρουσιάζουμε τις υπηρεσίες ιστού πάνω στις οποίες είναι δομημένο το σύστημά μας. Στη συνέχεια προχωράμε σε μια εις βάθος περιγραφή του συστήματος με τη χρήση εικόνων και σχεδιαγραμμάτων. Παρουσιάζουμε τον τρόπο με τον οποίο συνδέεται η προτεινόμενη αρχιτεκτονική με την αρχιτεκτονική του κατανεμημένου δρομολογητή. Χρησιμοποιούμε έναν απλό matchmaking αλγόριθμο για το τελικό τεστάρισμα του συστήματός μας. Και τέλος παρουσιάζουμε τον τρόπο με τον οποίο υλοποιείται μια υπηρεσία και καταγράφουμε τα πειραματικά αποτελέσματα. Έτσι γίνεται αναφορά στις παραμέτρους υλοποίησης του συστήματος και πως αυτές επηρεάζουν το συνολικό σύστημα. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται λεπτομερώς η διαδικασία μέσα από την οποία οδηγούμαστε από μια XML περιγραφή του κατανεμημένου μας δρομολογητή σε μια σημασιολογική περιγραφή αυτού. Αρχικά, παρουσιάζουμε με λεπτομέρεια τι είναι ο σημασιολογικός ιστός και πως δομείται. Στη συνέχεια παρουσιάζουμε τα πρότυπα και μοντέλα που χρησιμοποιεί και καταλήγουμε σε μια σημασιολογική περιγραφή του κατανεμημένου δρομολογητή. Μια βασισμένη σε οντολογίες περιγραφή του. Στο Κεφάλαιο 6 προτείνεται αρχιτεκτονική για δίκτυα σημασιολογικού Grid (Semantic Grid). Αρχικά δίνεται μια περιγραφή της τεχνολογίας Grid. Παρουσιάζονται οι στόχοι της και τα κυρία χαρακτηριστικά της συνοδευόμενα από μια γενική αρχιτεκτονική. Στη συνέχεια περνάμε στην προτεινόμενη αρχιτεκτονική. Με τη βοήθεια σχεδιαγραμμάτων και εικόνων δίνεται μια όσο το δυνατόν λεπτομερής περιγραφή του συστήματος και πως ενσωματώνει την σημασιολογική περιγραφή του κατανεμημένου δρομολογητή που παρουσιάσαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο (Κεφάλαιο 5). Κλείνοντας το κεφάλαιο κάνουμε μια σύγκριση των αποτελεσμάτων που είχαμε πετύχει με το αρχικό μας σύστημα (Κεφάλαιο 4) σε σχέση με την υλοποίηση με τη βοήθεια του σημασιολογικού Grid. Τα αποτελέσματα και ο σχολιασμός της σύγκρισης παρουσιάζονται στο τέλος του κεφαλαίου. Συμπεράσματα και μελλοντικές προεκτάσεις της εργασίας αυτής παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 7. / Owing to the increase in both heterogeneity and complexity in today’s networking systems, the need arises for new network-based services architectures. They must provide flexibility and efficiency in the definition, deployment and execution of the services and, at the same time, handle the adaptability and evolution of such services. In this paper we present an approach that applies a Web-service-based resource management framework. It enables the provision of parallel applications as QoS-aware applications, whose performance characteristics may be dynamically negotiated between a client application and service providers. Our component model allows context dependencies to be explicitly expressed and dynamically managed with respect to the hosting environment, computational resources and dependencies on other components. In such a model the resource management, in terms of representation, allocation and management of the resources, plays a vital role regarding the efficiency of the entire dynamic service deployment architecture. Network and service management fields nowadays find themselves at crossroads with middleware technologies, new network architectures and emerging research directions. Middleware technologies like Web services have reached maturity and enjoy wide deployment and adoption. Network architectures and infrastructures built for different purposes are well on their way towards IP convergence, giving rise to new integrated and more complex architectures. Finally, recent ambitious research directions like autonomic computing and communications have already made a dynamic appearance in the networking community, increasing the challenges even further. This activity has coincided with the end of an era in network and service management during which vast experience has been accumulated and numerous lessons have been learned. It is based on what constitutes the past state of the art in telecommunications and in data networks, realized by many as CORBA-based distributed management platforms and SNMP-based platforms, respectively. This produces speculation and activity about redefining/reassessing the initial requirements that drove the developments in network and service management in the past and about the ‘shape’ of management when projected into the future. As network infrastructure is shifting towards service-centric networks, a number of architectural characteristics are likely to influence management operations and functionality and dictate specific choices of technologies for the realization thereof. In our opinion, three such characteristics are going to play a crucial role in the coming years: • Federated network architectures. In an effort to provide seamless end-to-end connectivity that meets customer demands, networks/service providers have started forming federations of networks wherein a number of operations, such as AAA (Authentication, Authorization, and Accounting), monitoring and SLA (Service-Level Agreement) support, are treated in a homogeneous way in a heterogeneous environment. • Network architectures with distinct separation of concerns. The most representative example is the separation of control from the forwarding plane, which allows the two to evolve separately. The binding element between the two is a set of open interfaces that abstract functionality and allow access to vendor-independent functionalities and resources. • Distributed network node architectures. Individual network nodes and other devices are clustered together to form more complex and extensible distributed architectures that operate as one integrated node. Such constellations provide the means of adding resources as needed and foster dynamic service deployment, namely the injection of new functionality into the network. In such a context, management faces a number of challenges originating from the increasing complexity and size of networks, the heterogeneity of devices and technologies that must coexist, and the high degree of flexibility required in services. The common denominator is the management functionality that injects services and components on demand and configures the network end-to-end. Unless we address these challenges with sufficient and complete technical solutions first, it is difficult to see how new research initiatives, e.g. autonomic networking, can be brought to a successful outcome. This has been the primary motivation of our research presented in this thesis, which touches upon these issues by exploring potential solutions on the service deployment and network configuration within a network architecture, called FlexiNET, that bears the aforementioned architectural characteristics. We have based our designs on Web services as the de facto standard technology in networks with high integration capability and one of the most promising approaches to future management technologies. Our research has been carried out as part of the FlexiNET European Union IST research project, and we have developed the Dynamic Service Deployment (DSD) functionality, hosted by the FlexiNET Wireless Access Node (FWAN), one of the key architectural components of the FlexiNET architecture.

On-line poultry monitoring can significantly improve living conditions of hens in industrial farms. A very low-cost low-energy solution needs to be provided though. ASIPs can be an ideal solution when they cover many submarkets and low-energy concepts are used for their realization. Aiming to high energy-efficiency, this work implements data parallelization, using a recently introduced software-controled SIMD realization in an innovative way. A manual mapping and scheduling effort of the most crucial part of the application leads to a highly optimized result, in terms of cycles, area and energy. This manual scheduling implementation must also be supported by a commercial compiler tool so that the design-time is minimized. Moreover, energy-efficient mapping must be explored for the remaining parts of the code. In that case, because the frequency of occurence of a part of the code is very low, more attention should be given to minimizing the area overhead. Increasing the energy efficiency of the data-path in such ways can be very important, since data- path can be dominant in the total energy-pie, once the instruction/data memory overhead is minimized by other complementary approaches. / Η αυτόματη μέθοδος παρακολούθησης ζωντανών οργανισμών μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις συνθήκες διαβίωσης των ζώων στις βιομηχανικές φάρμες. Για να είναι οικονομικά εφικτή όμως μια τέτοια λύση πρέπει να είναι μια λύση χαμηλής ενέργειας. Τα ASIPs μπορούν να είναι μια ιδανική λύση όταν τεχνικές χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας εφαρμόζονται σε αυτά, καθώς λόγω της ευελιξίας τους μπορούν να καλύπτουν πολλούς τομείς της συγκεκριμένης αγοράς. Στοχεύοντας σε υψηλή εξοικονόμηση ενέργειας, η παρούσα δουλειά υλοποιεί παραλληλισμό δεδομένων, χρησιμοποιώντας μια προσφάτως προταθείσα πραγματοποίηση Single Instruction Multiple Data (SIMD) εντολών, που υλοποιούνται μέσω software με ένα καινοτόμο τρόπο. Μια χειρωνακτική προσπάθεια αντιστοίχισης σε υλικό του πιο κρίσιμου κομματιού της εφαρμογής και χρονοπρογραμματισμού των εντολών του οδηγεί σε ένα πολύ βελτιστοποιημένο αποτέλεσμα αναφορικά με τους κύκλους εκτέλεσης, την καταλαμβανόμενη επιφάνεια και την απαιτούμενη ενέργεια. Η χειρωνακτική υλοποίηση χρονοπρογραμματισμού των εντολών πρέπει να μπορεί να επιτευχθεί από ένα εμπορικό εργαλείο μετάφρασης (compiler tool) ώστε στο μέλλον ο χρόνος σχεδιασμού να ελαχιστοποιηθεί. Επιπλέον, πρέπει να διερευνηθεί μια αποδοτική ως προς το θέμα της ενέργειας προσπάθεια απεικόνισης σε υλικό για τα υπόλοιπα τμήματα της εφαρμογής πέραν του πιο κρίσιμου. Σε αυτή την περίπτωση, επειδή η συχνότητα εμφάνισης αυτών των τμημάτων του κώδικα είναι πολύ μικρή, έμφαση δίνεται στην ελαχιστοποίηση της επιφάνειας του υλικού. Η βελτίωση της κατανάλωσης ενέργειας του data-path με τέτοιους τρόπους είναι πολύ σημαντική, αφού το data-path είναι κυρίαρχο στην κατανομή της ενέργειας, όταν η επιβάρυνση της μνήμης δεδομένων και εντολών ελαχιστοποιείται από συμπληρωματικές μεθόδους, όπως συμβαίνει στο προτεινόμενο ASIP.

Η μετάδοση δεδομένων µέσω ασύρματων δικτύων αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα αντικείμενα μελέτης στον χώρο των τηλεπικοινωνιών τα τελευταία χρόνια. Λόγω του μεγάλου όγκου δεδομένων που απαιτείται για μετάδοση μέσα σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα, απαιτείται η εφαρμογή όσο το δυνατόν αποδοτικότερης κωδικοποίησης και διαμόρφωσης, σκοπεύοντας παράλληλα στην επίτευξη μικρής κατανάλωσης ισχύος και ταυτόχρονα υψηλού throughput. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, σχεδίαση και την υλοποίηση της αρχιτεκτονικής ενός OFDM συστήματος, βασισμένο στις προδιαγραφές που ορίζει το πρότυπο IEEE802.11. Το πρότυπο αυτό επιλέχθηκε, καθώς τυγχάνει ευρείας αποδοχής, όσον αφορά τη μετάδοση δεδομένων σε ασύρματα δίκτυα. Στα πλαίσια της διπλωματικής παρουσιάζονται εξομοιώσεις και μετρήσεις για την εύρεση των κατάλληλων χαρακτηριστικών και του τύπου των φίλτρων που χρησιμοποιούνται σε ένα OFDM σύστημα, ενώ εισάγονται δύο νέες αρχιτεκτονικές του τμήματος κατασκευής του OFDM συμβόλου, καθώς και τα αποτελέσματα της σύνθεσης αυτών. Ιδιαίτερη βαρύτητα δίνεται στη σχεδίαση και την υλοποίηση των αρχιτεκτονικών αυτών με σκοπό την ενσωμάτωσή τους σε συσκευές FPGA. / Transmission of data through wireless networks is one of the most important aspects in the study telecommunications systems. The large volume of data that needs to be transmitted in a very small time interval has resulted in the need to make the system more efficient while increasing the throughput. This has been accomplished through more efficient coding, reduction of the power consumption and through the use of modulation. This masters thesis deals with the study, design and implementation of the typical OFDM system architecture, based on the standard IEEE802.11. This standard was chosen because of its wide acceptance and use regarding transmission of data in wireless networks. The thesis details the adjustments and measurements needed for determining suitable characteristics and the types of filters required in an OFDM system. Additionally two new OFDM system architectures arte introduced aiming at reducing the overall power consumption and the complexity of the formulae used for symbol construction. Particular importance is given in the designing and the implementation of these architectures regarding their incorporation in FPGA devices.

Η διατριβή εισάγει μια νέα ανοιχτή αρχιτεκτονική για επικοινωνία ιατρικών απεικονιστικών εξετάσεων, η οποία παρουσιάζεται μέσω ενός νέου PACS-ιστού που εστιάζει στην τηλεακτινολογία. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική είναι βασισμένη στις αρχές της επέκτασης ιστού του DICOM που είναι η υπηρεσία/πρωτόκολλο WADO (Πρόσβαση μέσω Ιστού σε Επίμονα Στοιχεία Εξέτασης DICOM). Η αρχιτεκτονική ενσωματώνει υπηρεσίες DICOM και κοινές υπηρεσίες Διαδικτύου (βασισμένες στον ιστό, στο FTP, και στο ηλεκτρονικό ταχυδρομείο). Η διατριβή επίσης επεκτείνει την δυνατότητα πρόσβασης της WADO σε ολόκληρη την ιεραρχία DICOM (Ασθενής, Διαγνωστική Εξέταση, Σειρά Εξέτασης και Στοιχείο Εξέτασης). Η επέκταση της WADO καλείται WADA (Πρόσβαση μέσω Ιστού σε Συστήματα Αρχειοθέτησης DICOM). Σε αντιδιαστολή με τη WADO, η WADA περιλαμβάνει ένα πρόσθετο εσωτερικό μηχανισμό αναζήτησης και υποστηρίζει την υποβολή ιατρικής διάγνωσης. Το σύνολο των προτεινόμενων υπηρεσιών υποστηρίζει την εκτεταμένη πρόσβαση και είναι ενσωματωμένο σε μια δομή τριών επιπέδων (πελάτη, εξυπηρετητή και δεδομένων) που εξασφαλίζει ευελιξία πρόσβασης, κινητικότητα χρηστών και ενισχυμένη ασφάλεια δεδομένων. Η πλευρά των εξυπηρετητών της αρχιτεκτονικής παρέχει διεπαφές των υπηρεσιών μέσω ιστού και διασφαλισμένο χώρο προσωρινής αποθήκευσης που καλείται Περιοχές Χρηστών. Η παρούσα διατριβή μελετά επίσης υποδομή υπολογιστικού πλέγματος για την αρχιτεκτονική του PACS-ιστού και ένα συνεργατικό σχήμα μεταξύ PACS και RIS για ολοκληρωμένη διαχείριση απεικονιστικών εξετάσεων μέσω ιστού. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική υλοποιήθηκε πιλοτικά κυρίως με τεχνολογίες βασισμένες σε Java και προϊόντα συμβατά με πρότυπα. Η υλοποιημένη αρχιτεκτονική αξιολογήθηκε από μηχανικούς σε συνεργασία με ιατρούς. / The dissertation introduces a new open architecture for medical imaging communication illustrating a novel web Picture Archiving and Communication System (PACS), which focuses on teleradiology. The proposed architecture is based on the concept of the web extension of Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM) that is the Web Access to DICOM Persistent Objects (WADO) protocol/service. The architecture integrates DICOM services and common Internet services (based on web, FTP, and e-mail). The dissertation also extends WADO access capability to the whole DICOM hierarchy (Patient, Study, Series and Object). The extended WADO is called Web Access to DICOM Archives (WADA). WADA, as opposed to WADO, includes an extra internal query mechanism and support of medical reports submission. The whole of the proposed services support the extended access and are integrated into a three-tier structure (client, server and data tiers) which ensures flexibility in access, user mobility and enhanced data security. The server site of the architecture provides service interfaces through web and invulnerable space for temporary storage, called as User Domains. This dissertation also studies a computing grid infrastructure for the web PACS architecture and a cooperative scheme between PACS and Radiology Information System (RIS) for integrated administration of imaging examinations through web. The proposed architecture is pilot implemented using mainly Java-based technologies and standard-compliant products. Τhe implemented architecture is evaluated by engineers in collaboration with doctors.

Τα συστήματα πολλαπλών κεραιών στον πομπό και στο δέκτη (MIMO) αποτελούν βασικά μέτωπα ανάπτυξης των ασύρματων επικοινωνιών. Ωστόσο, η εφαρμογή της τεχνολογίας MIMO στα κινητά δίκτυα επικοινωνιών αντιμετωπίζει το πρακτικό πρόβλημα της ενσωμάτωσης πολλαπλών κεραιών σε μικρά κινητά τερματικά. Με σκοπό την αντιμετώπιση του εμποδίου αυτού, δημιουργήθηκε ένα άλλο σημαντικό μέτωπο έρευνας, αυτό των συνεργατικών επικοινωνιών. Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής ασχοληθήκαμε με την ανάπτυξη και μελέτη αλγορίθμων επεξεργασίας σήματος για τα δύο παραπάνω συστήματα. Σχετικά με τα συστήματα MIMO η πρωτοποριακή έρευνα που πραγματοποιήθηκε στα Bell labs στα μέσα της δεκαετίας του ΄90, απέδειξε ότι η χρήση πολλαπλών κεραιών μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική αύξηση της χωρητικότητας των ασύρματων συστημάτων βελτιώνοντας την αξιοπιστία της μετάδοσης. Προκειμένου να αξιοποιηθούν οι παραπάνω δυνατότητες απαιτείται η σχεδίαση σύνθετων δεκτών MIMO. Προς αυτήν την κατεύθυνση έχει στραφεί ένας μεγάλος αριθμός μεθόδων ισοστάθμισης του καναλιού και πιο συγκεκριμένα δεκτών ανατροφοδότησης αποφάσεων. Δεδομένου ότι σε ευρυζωνικά συστήματα επικοινωνιών το ασύρματο κανάλι είναι άγνωστο στο δέκτη και μεταβάλλεται χρονικά, στραφήκαμε προς τις προσαρμοστικές μεθόδους ισοστάθμισης. Στα πλαίσια της διαριβής αναζήτησαμε προσαρμοστικούς αλγόριθμους κατάλληλους για τη σχεδίαση προσαρμοστικών ισοσταθμιστών MIMO DFE με τα εξής χαρακτηριστικά: 1) να παρουσιάζουν απόδοση (ταχύτητα σύγκλισης) συγκρίσιμη με αυτή του RLS, 2) η υπολογιστική τους πολυπλοκότητα να είναι μικρότερη από αυτή του RLS και 3) να είναι αριθμητικά ευσταθείς. ΄Εχει αποδειχθεί ότι προσαρμοστικοί αλγόριθμοι που βασίζονται στη μέθοδο των συζυγών κλίσεων (conjugate gradient (CG)) πληρούν τις παραπάνω προϋποθέσεις. Αρχικά αναζητήσαμε τεχνικές που βασίζονται στη μέθοδο αυτή και χρησιμοποιούνται σε προβλήματα προσαρμοστικού φιλτραρίσματος και πιο ειδικά, στο πρόβλημα προσαρμοστικής ισοστάθμισης διαύλου στη περίπτωση SISO. Πιο συγκεκριμένα, υλοποιήσαμε έναν προσαρμοστικό αλγόριθμο στο πεδίο των συχνοτήτων που επεξεργάζεται τα δεδομένα κάθε φορά που λαμβάνεται ένα νέο εισερχόμενο πακέτο δεδομένων. Ο προτεινόμενος ισοσταθμιστής πετυχαίνει μια πολύ καλή απόδοση, ενώ οι υπολογιστικές του απαιτήσεις είναι πολύ χαμηλές. Στη συνέχεια αναπτύξαμε τρεις νέους αλγορίθμους προσαρμοστικής ισοστάθμισης συχνοτικά επιλεκτικών συστημάτων MIMO, που βασίζονται στη μέθοδο CG και στις προβολές Galerkin. Το πρόβλημα σχεδιασμού προσαρμοστικών MIMO DFE αντιμετωπίζεται ως ένα πρόβλημα επίλυσης γραμμικών εξισώσεων, με πολλαπλά δεξιά μέλη, που εξελίσσεται στο χρόνο. Επισημαίνουμε ότι τα σχήματα που προτείνουμε θα μπορούσαν να αποτελέσουν ένα γενικότερο πλαίσιο σχεδίασης προσαρμοστικών δεκτών για συχνοτικά επιλεκτικά συστήματα MIMO, με ιδιότητες σύγκλισης παρόμοιες με αυτές του RLS, έχοντας, ωστόσο, μικρότερες υπολογιστικές απαιτήσεις. Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναπτύξαμε τεχνικές εκτίμησης καναλιού για συνεργατικά δίκτυα με N αναμεταδότες που είτε ενισχύουν και αναμεταδίδουν ή αποκωδικοποιούν και αναμεταδίδουν το λαμβανόμενο σήμα. ΄Ολες οι τεχνικές εκτίμησης που προτείναμε υλοποιούνται εξ΄ ολοκλήρου στο πεδίο των συχνοτήτων. Αρχικά παρουσιάσαμε τεχνικές που βασίζονται στη μετάδοση πιλοτικών συμβόλων σε συγκεκριμένες συχνοτικές συνιστώσες. Στη συνέχεια αποδείξαμε ότι όλα τα κανάλια από την πηγή μέσω των αναμεταδοτών προς τον προορισμό μπορούν να εκτιμηθούν τυφλά εάν γνωρίζουμε τις φάσεις της απόκρισης συχνότητας του ασύρματου καναλιού μεταξύ πηγής και προορισμού.. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκε ϑεωρητική ανάλυση της απόδοσης των προτεινόμενων σχημάτων η οποία επαληθεύτηκε μέσω προσομοιώσεων σε υπολογιστή. Τέλος, αξιολογήσαμε πειραματικά διάφορα πρωτόκολλα συνεργατικής επικοινωνίας (AF, DF, SF) και τεχνικές κατανεμημένης χωροχρονικής επεξεργασίας DSTC για συνεργατικά δίκτυα σε μια πλατφόρμα υλοποίησης πραγματικού χρόνου που χρησιμοποιεί επεξεργαστές ψηφιακής επεξεργασίας σήματος. Διαπιστώσαμε ότι τα πειραματικά αποτελέσματα συμφωνούν πλήρως με τα θεωρητικά. / Systems employing multiple antennas at the transmitter and the receiver, known as MIMO (multiinput multioutput) systems, as well as space time coding techniques developed for such systems, are two of the main technologies employed for the evolution of wireless communications. However, the application of MIMO technology to mobile networks, often faces the practical implementation problem of having too many antennas on a small mobile terminal. In an attempt to overcome such a severe limitation, cooperative communication schemes have been proposed. This PhD dissertation, described our work on the design and analysis of signal processing algorithms for the two aforementioned systems, as is described in detail next. Concerning MIMO systems, the pioneering work performed at Bell Labs in the middle of the nineties, proved that the use of multiple antennas can lead to a significant increase in wireless systems capacity. To exploit this potential, sophisticated MIMO receivers should be designed. To this end, a large amount of channel equalizers and, more specifically, decision feedback equalizers has been proposed. Because these assumptions are difficult to meet in high rate single carrier systems, we have focused our attention on decision feedback equalizers. . Our main goal is to derive algorithms for updating the MIMO DFE filters with the following characteristics: 1) convergence properties similar to these of the RLS 2) more computationally efficient than RLS and 3) numerically stable. It is known that adaptive algorithms based on the CG (conjugate gradient) have the above characteristics We initially studied this method as an iterative method for solving linear equations and we pointed out the main differences with the steepest descent method, on which the LMS algorithm is based. An extended search of adaptive DFE algorithms, based on the CG method was carried out. More specifically, a new block adaptive CG algorithm was developed. In the resulting algorithm, one CG iteration per block update is executed. In order to reduce even more the complexity, the algorithm was implemented in the Frequency Domain. The proposed equalizer offers a good performance - complexity trade off. Three new adaptive equalization algorithms for wireless systems operating over frequency selective MIMO channels, based on the CG method and the Galerkin projection method, are proposed. The problem of MIMO decision feedback equalizer (DFE) design is formulated as a set of linear equations with multiple righthand sides (RHSs) evolving in time. These schemes provide a flexible framework in MIMO adaptive equalization design to implement schemes with convergence properties comparable to the RLS, but of lower computational cost. Furthermore, we worked on channel estimation for cooperative communication networks, where the nodes either simply amplify and forward the received signal, or they decode and transmit the signal (DF). We first propose efficient channel estimation techniques for relay networks with N relays. The new methods are implemented in the frequency domain (FD). Initially, training based techniques are presented, where the training pilots are multiplexed with the data in the frequency domain. It is then shown that all the channels in the network can be estimated blindly provided that we know the phases of the frequency response of the (Source → Destination) channel. Thus, by making use of a small number of pilots in only one link (the sourcetodestination link) we can estimate all the other channels (Source→Relay i→Destination) in the network. A theoretical performance study of the proposed algorithms is presented and closed form expressions for the mean squared channel estimation error are provided. The presented theoretical analysis is verified by extensive Monte Carlo simulations. The application of the derived schemes to the DF case, and the impact of erroneous detection to their performance are also studied. Finally, we investigated experimentally four cooperative relaying schemes: amplify and forward (AF), detect and forward (DF), cooperative maximum ratio combining (CMRC) and distributed spacetime coding (DSTC), and one novel selection relaying (SR) scheme on a realtime DSP based testbed. The experimental results are fairly close to the ones predicted by theory