Τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων (Wireless Sensor Networks, WSN) αποτελούν σήμερα ένα πολλά υποσχόμενο πεδίο έρευνας στον τομέα των ασύρματων επικοινωνιών. Ωστόσο, λόγω κάποιων από τις ιδιαιτερότητές τους, οι κόμβοι ενός WSN υπόκεινται σε λειτουργικούς και σχεδιαστικούς περιορισμούς, που δημιουργούν νέες προκλήσεις και αντικείμενα έρευνας με σκοπό τη βελτιστοποίηση της απόδοσης του δικτύου. Ένα τέτοιο αντικείμενο έρευνας αποτελεί και η συνδεσιμότητα του συνολικού δικτύου, μια έννοια καθοριστική για τη δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ των κόμβων και ανταλλαγής πληροφοριών επί της παρατηρούμενης διεργασίας. Η χρησιμότητα των WSN σε συνδυασμό με την απαίτηση για συνδεσιμότητα αποτέλεσαν το σημείο εκκίνησης για την παρούσα διπλωματική εργασία. Ποιο συγκεκριμένα, επιχειρήθηκε η μεγιστοποίηση της περιοχής επικοινωνιακής κάλυψης σε ένα WSN αλλά και του αριθμού των επικοινωνούντων κόμβων. Η ιδιαιτερότητα της έρευνας εντοπίζεται στη χρήση του Δείκτη Ισχύος Ληφθέντος Σήματος (RSSI) για την εξαγωγή συμπερασμάτων για τη συνδεσιμότητα του δικτύου. Υλοποιήθηκε συνεπώς ένα WSN, αποτελούμενο από ένα ζευγάρι κόμβων αποστολέας-παραλήπτης, των οποίων η επικοινωνία βασίζεται στο πρότυπο της IEEE 802.15.4. Στόχος της πειραματικής διαδικασίας αποτέλεσε η μέτρηση (στην μεριά του παραλήπτη) του RSSI και ο υπολογισμός του ποσοστού των επιτυχώς ληφθέντων πακέτων για την επικοινωνία μεταξύ αποστολέα-παραλήπτη, μεταβάλλοντας την προγραμματιζόμενη ισχύ εκπομπής του αποστολέα αλλά και τη θέση του παραλήπτη σε μια δεδομένη περιοχή ενδιαφέροντος. Από το στάδιο αυτό της πειραματικής διαδικασίας προέκυψε η περιοχή επικοινωνιακής κάλυψης ενός κόμβου για τα διάφορα προγραμματιζόμενα επίπεδα ισχύος εκπομπής. Τα αποτελέσματα αυτά συνέβαλαν στην ανάπτυξη αλγορίθμου βελτιστοποίησης της συνδεσιμότητας του δικτύου, με βάση τον οποίο αναζητήθηκε η μέγιστη επικοινωνιακή κάλυψη του δικτύου και ο μέγιστος αριθμός ζευγών επικοινωνούντων κόμβων. / Wireless Sensor Networks consist a new research domain in the field of wireless communications. However, they are under many constraints, whisch open new research in this field. One such field consitutes connectivity in Wireless Sensor Networks, which was the stimulus of this Diploma Thesis. The initial goal was the extraction of the maximization of the connunication range of the network and of the number of the nodes tha communicate. The parsticularity of the reserch is the m,easurement of the Received Signal Strength. We deployed tow nodes in the area of interest and measured this indicator. Then the results wereused in an algorithm for the optimization of the communication range and the number of communicating nodes in the network.

Στην διπλωματική εργασία γίνεται μια γενική μελέτη σχετικά με τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων τις εφαρμογές τους, της δομής των κόμβων, αναφορά στα δίκτυα, τις τοπολογίες και τα πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται στα συγκεκριμένα δίκτυα. Στην συνέχεια γίνεται μια αναφορά στο λειτουργικό σύστημα tinyOS και στη γλώσσα προγραμματισμού του nesC. Τέλος, στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας υλοποιήσαμε μια εφαρμογή που παρακολουθεί την υγρασία σε μια συγκεκριμένη περιοχή, χρησιμοποιώντας τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων και παρουσιάζει στον χρήστη τα αποτελέσματα με ένα γραφικό τρόπο. / The present thesis studies wireless sensor networks (WSN), on their applications, their structure, and reports on networks, topologies and their protocols used in WSN. Additionally a study on the tinyOS operating system using the programming language nesC is reported. In order to demonstrate the efficiency of WSN an application that monitors the humidity in a given area using wireless sensor network technology and the results are presented to the user in a graphic way

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την παρουσίαση των ασύρματων δικτύων αισθητήρων και ελεγκτών στην βιομηχανία. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Γενικής Ηλεκτροτεχνίας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η δημιουργία μίας ολοκληρωμένης παρουσίασης για την τεχνολογία ασύρματης δικτύωσης σε βιομηχανικό περιβάλλον, ώστε να μπορεί ο αναγνώστης να κατανοήσει εις βάθος τα πλεονεκτήματα αλλά και τους κινδύνους από την εφαρμογή της, να ενημερωθεί σε ποιο επίπεδο εφαρμογής βρίσκεται σήμερα, καθώς και να κατανοήσει το τεχνικό μέρος της τεχνολογίας αυτής. Αρχικά έγινε μία εισαγωγή στο πώς δουλεύει η ασύρματη τεχνολογία και των βασικών χαρακτηριστικών της, (κεραίες τοπολογίες κλπ), ενώ παρουσιάστηκαν και τα διάφορα πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται στα ασύρματα δίκτυα γενικά. Στη συνέχεια έγινε παρουσίαση των απαιτήσεων για βιομηχανική δικτύωση (π.χ. ασφάλεια, αξιοπιστία) ενώ μελετήθηκε πώς μπορεί να γίνει στην πράξη η εφαρμογή των ασυρμάτων δικτύων στον τομέα της βιομηχανίας, δηλαδή τα πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται, καθώς και ανάλυση του τομέα της ασφάλειας δεδομένων κατά την ασύρματη μετάδοση στο βιομηχανικό περιβάλλον. Το επόμενο βήμα έγινε παρουσίαση του λογισμικού Prosoft Wireless Designer της εταιρίας Prosoft για τον σχεδιασμό βιομηχανικών δικτύων σε περιβάλλον υπολογιστή. Τέλος παρουσιάστηκαν επιλεκτικά παραδείγματα υλοποιημένων εφαρμογών ασύρματης δικτύωσης από εταιρίες, καθώς και διάφορα προϊόντα που κυκλοφορούν στην αγορά και χρησιμοποιούνται αποκλειστικά για βιομηχανική ασύρματη δικτύωση. / -

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία ενός υποβρύχιου ασύρματου δικτύου αισθητήρων για την πραγματοποίηση της μέτρησης της στάθμης μίας δεξαμενής γεμισμένης με νερό και λύματα. Πραγματοποιήθηκε μία πλήρη βιβλιογραϕική αναζήτηση πάνω στο θέμα των των υποβρύχιων ασύρματων δικτύων αισθητήρων και στην συνέχεια αγοράστηκε ο κατάλληλος εξοπλισμός για την πραγματοποίηση των πειραμάτων. Με την χρήση του ολοκληρωμένου εξοπλισμού evaluation kit EK010-JN5148, δημιουργήσαμε ένα δίκτυο μεταξύ ενός συντονιστή, ενός δρομολογητή και διαϕόρων τερματικών συσκευών. Ο δρομολογητής και οι τερματικές συσκευές πραγματοποιούν μετρήσεις της θερμοκρασίας στο υδάτινο περιβάλλον και ο δρομολογητής είναι υπεύθυνος για την μεταϕορά των πληροϕοριών εκτός του υποβρύχιου περιβάλλοντος, στον συντονιστή, ο οποίος απεικονίζει τα πακέτα δεδομένων στην LCD οθόνη. Με αυτό τον τρόπο, ο χρήστης βλέπει ανά πάσα στιγμή τις μετρήσεις που τον ενδιαϕέρουν, αλλά και ταυτόγχρονα παρακολουθεί την ισχύ του δικτύου στα διάϕορα βάθη,στα οποία εμβυθίζονται οι μικροεπεξεργαστές που ϕέρουν τους αισθητήρες. Απώτερος στόχος της εργασίας είναι η εξοικείωση του αναγνώστη με το αντικείμενο των ασύρματων δικτύων υποβρύχιων αισθητήρων και η ανάδειξη της χρησιμότητάς τους μέσω των πολυάριθμων εϕαρμογών τους. Τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν έδωσαν ένα αριθμό κριτηρίων για την διαπίστωση της ισχύος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο νερό και τελευταίο και μη αμελητέο η εϕαρμογή που δημιουργήθηκε αποτελεί μία σημαντική λύση στο πρόβλημα ανίχνευσης της στάθμης των λυμάτων σε μία δεξαμενή γεμισμένη με νερό και λύματα, ουσίες οι οποίες πρέπει να διαχωριστούν στην συνέχεια. Στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας, έγινε λεπτομερής μελέτη της λειτουργίας του Υδροηλεκτρικού Σταθμού του Γλαύκου στην περιοχή της Αχαίας και των αναγκών του σταθμού, όπου και στο τέλος προτάθηκαν λύσεις για την βελτίωση και διευκόλυνση της ετήσιας πραγματοποίησης μετρήσεων πάνω στην ποιότητα του αρδεύσιμου νερού, χρησιμοποιώντας τον αγορασθέντα εξοπλισμό. / The object of this thesis is to create an underwater wireless sensor network for the embodiment of the level measurement of a tank filled with water and wastewater. A search in literature was conducted on the topic of underwater wireless sensor network, in order to further purchase the appropriate equipment to perform the experiments. Using the integrated equipment kit EK010-JN5148, a network was created between a coordinator device, a router device and various terminals. The router and terminal devices operate temperature measurements in the aquatic environment, while the router has the additional role to transfer the gathered information to the coordinator, who is placed outside the aquatic environment. Afterwards, the coordinator illustrates the data packets on the LCD screen for the user to see. The advantage of the network utilization is that the user can benefit from the update of the information and choose the way to depict them and concurrently monitor the power of the network in various depths. The ultimate goal of this paper is to familiarize the reader with the object of underwater wireless sensor networks highlighting their usefulness through numerous applications. The experiments that were carried out provide criteria to determine the effect of the electromagnetic waves in water. Finally, through coding in language C, an application was created to serve as a solution to the problem of detecting the level of water waste in an industrial tank and give necessary information to facilitate its separation later in the process. During the thesis, a detailed study was made on the operation of a hydroelectric power plant in Glavkos in the region of Achaea, Greece. Solutions including the use of the kit EK010-JN5148 were proposed in order to enhance and facilitate the annual measurements on the quality of the irrigable water.

Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της συμπεριφοράς των WBAN (Wireless Body Area Networks) σαν μέρος του συστήματος παρακολούθησης υγείας ασύρματης τηλεϊατρικής. Αρχικά γίνεται σύντομη αναφορά στον τρόπο χρήσης των WBAN για την πραγματοποίηση της ιδέας της mHealth (mobile health) καθώς και σε ενδεικτικά ερευνητικά προγράμματα της Ευρωπαϊκής Ένωσης που περιλαμβάνουν χρήση της τεχνολογίας WBAN και της τεχνολογίας ασύρματων εμφυτεύσιμων αισθητήρων για εφαρμογές ιατρικής περίθαλψης, ενώ στη συνέχεια γίνεται περιγραφή της αρχιτεκτονικής του συστήματος ασύρματης τηλεϊατρικής. Έπειτα, περιγράφεται η αρχιτεκτονική των δύο βασικότερων πρωτοκόλλων επικοινωνίας για ασύρματους κόμβους αισθητήρων, Bluetooth Low Energy και ZigBee/IEEE 801.15.4 και αναλύεται το επίπεδο εφαρμογής του πρωτοκόλλου ZigBee. Τέλος, περιγράφεται η αρχιτεκτονική του ασύρματου κόμβου αισθητήρων και παρουσιάζονται και περιγράφονται οι τυπικές συσκευές που χρησιμοποιούνται σε ένα WBAN ιατρικής περίθαλψης. / The purpose of my diploma thesis was the study of WBAN (Wireless Body Area Networks) as part of the wireless telemedicine health-monitoring system. I focused on the architecture of the integrated telemedicine system, the architecture of the two main communication protocols used in WBANs, Bluetooth LE and ZigBee/IEEE 801.15.4, and the specification of the ZigBee Application Layer. Finally, I described the typical architecture of the wireless sensor node and the typical devices that are used in a health WBAN.

Τα Ασύρματα Συνδεδεμένα Συστήματα αποτελούν ένα διαρκώς διευρυνόμενο τομέα στη σύγχρονη επιστημονική και τεχνολογική εξέλιξη. Το Κεφάλαιο 1 αρχικά εισάγει τον αναγνώστη σε αυτήν την κατηγορία συστημάτων. Στη συνέχειά του, παρουσιάζονται η δομή, οι εφαρμογές και τα προβλήματα που σχετίζονται με τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων, που συγκαταλέγονται στα πλέον χαρακτηριστικά παραδείγματα ασύρματα συνδεδεμένων συστημάτων. Σε αντιστοιχία με τα προαναφερθέντα, αυτή η διδακτορική διατριβή προσεγγίζει κάποια από τα θέματα ερευνητικού ενδιαφέροντος στα Α.Δ.Α. στοχεύοντας στην επίλυση των αντίστοιχων επιστημονικών προβλημάτων. Το ερευνητικό έργο που εκπονήθηκε, αποτυπώνεται στα επόμενα κεφάλαια της διατριβής ως ακολούθως Στο Κεφάλαιο 2 προσεγγίζεται το σημαντικότερο πρόβλημα που αντιμετωπίζουν τα Α.Δ.Α. κάθε τύπου, δηλαδή αυτό της ενεργειακής ανεπάρκειας. Για το λόγο αυτό επιχειρείται η επίτευξη της εξοικονόμησης ενέργειας σε Α.Δ.Α. μέσω ενός καινοτόμου σχήματος ελέγχου που προτείνεται. Το σχήμα αυτό στοχεύει στην επίτευξη ενεργειακά ευφυούς δρομολόγησης δεδομένων. Η αποτελεσματικότητα του προτεινόμενου σχήματος εξετάζεται μέσω ενός εκτενούς συνόλου προσομοιώσεων που συγκρίνουν την απόδοσή του έναντι αυτής ενός από τα πλέον προηγμένα ιεραρχικά πρωτόκολλα για Α.Δ.Α. Το Κεφάλαιο 3 εστιάζει στη μετάδοση δεδομένων video σε Α.Δ.Α., μελετά τους περιορισμούς στου οποίους υπόκειται αυτή και περιγράφει την ανάπτυξη ενός καινοτόμου σχήματος ελέγχου το οποίο επιδιώκει από κοινού την ενεργειακή εξοικονόμηση και την παροχή υψηλής ποιότητας υπηρεσιών με ταυτόχρονη ικανοποίηση του διαθέσιμου εύρους ζώνης. Η απόδοση του προτεινόμενου σχήματος τόσο ως προς την ενεργειακή ευφυΐα όσο και προς τη διασφάλιση ποιότητας εξετάζεται μέσω εκτενών προσομοιώσεων. Στο Κεφάλαιο 4 της διατριβής αναπτύχθηκε ένα καινοτόμο σχήμα ελέγχου ποιότητας υπηρεσιών που αφορά τη σειριακή μετάδοση σε Α.Δ.Α. εικόνων οι οποίες χαρακτηρίζονται από χαμηλή ταχύτητα μεταβολής. Το προτεινόμενο σχήμα προσαρμόζει τη συμπίεση των ασύρματα μεταδιδόμενων εικόνων προκειμένου να ικανοποιούνται προκαθορισμένα όρια που αφορούν τον ανώτατο επιτρεπόμενο χρόνο μετάδοσης. Η απόδοση του προτεινόμενου σχήματος εξετάζεται μέσω εκτενών πειραμάτων. Το Κεφάλαιο 5 της διατριβής αυτής ασχολείται με την αντιμετώπιση της συμφόρησης δικτύου σε Α.Δ.Α.. Πιο συγκεκριμένα, ένα καινοτόμο σχήμα ελέγχου, προτείνεται με στόχο την ανίχνευση της επερχόμενης της συμφόρησης και την αποτροπή της περαιτέρω διάδοσής της. Η αποτελεσματικότητα του σχήματος ελέγχεται μέσω εκτεταμένων προσομοιώσεων. Τέλος, στο Κεφάλαιο 6 σκιαγραφείται το ερευνητικό έργο που επιτελέστηκε κατά την εκπόνηση αυτής της διδακτορικής διατριβής. Επιπρόσθετα, συνοψίζεται η επιστημονική συμβολή της διατριβής και παρουσιάζονται τα ερευνητικά συμπεράσματα που προήλθαν μέσω αυτής. Τέλος, προτείνονται κατευθύνσεις μελλοντικής έρευνας σχετικής με τα επιστημονικά θέματα που πραγματεύεται η διατριβή. / Wirelessly connected systems play a rapidly growing role in modern scientific and technological evolution. Chapter 1, at first introduces the reader into this type of systems. Next, the structure, applications and problems associated with the wireless sensor networks, which are among the most typical and widely used examples of wirelessly connected systems are described. In accordance to the aforementioned challenges that the utilization of WSNs faces, a research work has been performed in the context of this doctoral thesis which is organized as follows: In Chapter 2, the issue of energy conservation is approached in WSNs through the energy efficient control of routing. For this reason a novel reactive hierarchical protocol, named SHPER, for energy efficient data routing in WSNs, is proposed. The efficacy of the proposed scheme is examined through extensive simulation tests. Chapter 3 focuses at video communication over WSNs and examines the combined fulfillment of contradictory requirements such as the severe limitations concerning both the available energy resources and bandwidth and the call for high QoS. For this reason, PEMuR, a novel dual control scheme for efficient video communication, which aims at the attainment of both considerable energy saving and high QoS was introduced. Both the energy efficiency and the Qos efficiency of this dual scheme is evaluated through thorough simulations. Chapter 4 examines the transmission of image data over WSNs and introduces a novel QoS control scheme for the sequential transmission over Wireless Sensor Networks of slowly varying images. This scheme aims to adaptively adjust the compression of wirelessly transmitted images in order to conform to predefined upper bounds of the end-to-end image transmission time, while achieving the highest QoS. The effectiveness of the proposed QoS control algorithm is investigated through extended experiments with and without the occurrence of network congestion. Chapter 5 tries to correlate the occurrence of congestion in WSNs with the existence of specific variable and invariant factors and proposes a novel control scheme named PACA, which aims to both predict forthcoming congestion and prevent its further diffusion. The effectiveness of the proposed scheme is examined through extensive simulation tests. Finally, in Chapter 6, the research work performed within the context of this doctoral thesis is summarized. Additionally, the scientific contribution achieved is outlined. Moreover, the conclusions drawn from the research results are presented along with some relevant topics of future research.

Η παρούσα εργασία ασχολείται με κινητά Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων και προτείνεται ένα αποδοτικό πρωτόκολλο διάδοσης για κινητά Δίκτυα Αισθητήρων με σταθερό σταθμό Κόμβο-Πηγή. Επίσης, υλοποιούνται σε πραγματικό πειραματικό δίκτυο ασύρματων αισθητήρων και μελετάται πειραματικά η απόδοση πρωτοκόλλων εξισορρόπησης ενέργειας. Τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων αποτελούνται από μεγάλο αριθμό αυτόνομων συσκευών με περιορισμένες δυνατότητες επικοινωνίας, αποθήκευσης, επεξεργασίας και ενέργειας, που τοποθετούνται σε μια συγκεκριμένη περιοχή ενδιαφέροντος στην οποία δεν υπάρχει καμία εκ των προτέρων εγκατεστημένη δικτυακή υποδομή και γνώση της τοπολογίας. Οι κόμβοι επικοινωνούν και συνεργάζονται μεταξύ τους και ακροάζονται το περιβάλλον με τη χρήση αισθητήρων με στόχο να φέρουν σε πέρας εφαρμογές όπως είναι, ο έλεγχος κυκλοφορίας, η συλλογή μετεωρολογικών δεδομένων, η παρακολούθηση του περιβάλλοντος καθώς και εφαρμογές ασφαλείας. Η δρομολόγηση δεδομένων στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων γίνεται ως εξής, οι αισθητήρες-κόμβοι συλλέγουν δεδομένα από το περιβάλλον που ακροάζονται και τα προωθούν σε γειτονικούς κόμβους με στόχο να φτάσουν κάποια στιγμή (multi-hop routing) σε ένα κόμβο-πηγή (sink) ο οποίος έχει απεριόριστο αποθηκευτικό χώρο και ενέργεια. Για την αύξηση της διάρκειας ζωής ενός ασύρματου δικτύου αισθητήρων έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές όπως είναι οι τεχνικές εξισορρόπησης ενέργειας. Στόχος στο πρόβλημα της εξισορρόπησης κατανάλωσης ενέργειας σε ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων είναι να επιτύχουμε ίση κατανάλωση ενέργειας ανά κόμβο του δικτύου ώστε να μεγιστοποιήσουμε τη διάρκεια ζωής του δικτύου αποφεύγοντας την πρόωρη αποσύνδεση του δικτύου. Τα προτεινόμενα πρωτόκολλα για κινητά δίκτυα αισθητήρων αξιολογήθηκαν πειραματικά μέσω διεξοδικής προσομοίωσης, χρησιμοποιώντας ποικίλες τιμές για βασικές παραμέτρους του δικτύου και συγκρίθηκαν με υπάρχουσες ευρέως αποδεκτές μεθόδους. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τόσο ο χρόνος παράδοσης των μηνυμάτων, όσο και η ενέργεια που απαιτείται διατηρούνται σε χαμηλά επίπεδα, βελτιώνοντας σημαντικά την προηγούμενη σχετική έρευνα. Όσον αφορά τα πρωτόκολλα εξισορρόπησης ενέργειας, υλοποιήθηκαν σε πραγματικό πειραματικό δίκτυο και αξιολογήθηκαν πειραματικά μέσω πραγματικών πειραμάτων. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώνουν τα θεωρητικά αποτελέσματα των μελετώμενων πρωτοκόλλων. / In this thesis we study Sensor Networks that are highly dynamic and mobile, and we propose a new efficient routing protocol for mobile Sensor Networks with a static base-station/sink. Moreover, we implement energy balancing data propagation protocols in a wireless sensor network test-bed and we investigate their performance. Wireless Sensor Networks consist of a large number of small, autonomous devices, that have limited communication, storage, computational and energy resources, that are deployed in a specific area of interest where there is no prior established network infrastructure and knowledge of topology. The nodes communicate and cooperate with each other and sense the environment by using sensors to carry out applications such as control traffic, weather monitoring, environmental monitoring and security applications. The routing of data in wireless sensor network is done as follows, the sensor-nodes sense the environment, collect data and relay the data to adjacent nodes in order to reach in a multi-hop way to a base station (sink) which has unlimited storage and energy resources. There have been developed various techniques to increase the lifetime of a wireless sensor network such as energy balancing propagation techniques. The goal of the energy balancing propagation schemes is to achieve equal energy consumption per node in order to maximize the lifetime of the network by avoiding early disconnection of the network. An extensive performance comparison of the protocols for mobile sensor networks proposed in this study to relevant methods from the state of the art demonstrates significant improvements i.e. latency is reduced by even four times while keeping energy dissipation and delivery success at very satisfactory levels. Regarding the energy balancing protocols, we have implemented them in a real experimental testbed and evaluated them experimentally via real experiments. The experimental results confirm the theoretical results of the studied protocols.

Βασικό χαρακτηριστικό της σύγχρονης εποχής αποτελεί η ραγδαία αύξηση του Διαδικτύου τόσο σε επίπεδο χρηστών όσο και σε επίπεδο παρεχόμενων υπηρεσιών. Συνεπώς, είναι επιτακτική η ανάγκη της προστασίας των δικτυακών και υπολογιστικών συστημάτων από διάφορες απειλές οι οποίες μπορούν να τα καταστήσουν τρωτά. Για την πλήρη προστασία όμως αυτών των συστημάτων, απαιτείται πρώτα η κατανόηση του είδους, της ταυτότητας και του τρόπου διάδοσης της απειλής. Ιδιαίτερη χρήσιμη έχει αποδειχθεί η ανάπτυξη και αναζήτηση αξιόπιστων μοντέλων ικανών να περιγράψουν αρκετά αποτελεσματικά τον τρόπο διάδοσης μιας απειλής. Η αναζήτηση τέτοιων μοντέλων αποτελεί πλέον ένα σημαντικό τομέα έρευνας στην ακαδημαϊκή και όχι μόνο κοινότητα. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση και μελέτη των βασικών επιδημιολογικών μοντέλων SI, SIR, SIS και SIRS. Τα μοντέλα αυτά είναι εμπνευσμένα από την επιστήμη της Βιολογίας, και πλέον τη σημερινή εποχή χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μοντελοποίηση της διάδοσης αρκετών απειλών στα δίκτυα υπολογιστών, όπως πχ. οι ιοί και τα σκουλήκια (viruses and worms). Η εργασία αποτελείται από πέντε κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται και η παρουσίαση των ασυρμάτων δικτύων αισθητήρων περιγράφοντας επίσης τόσο τη δομή όσο και τα βασικά χαρακτηριστικά αυτών. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των βασικών ειδών του κακόβουλου λογισμικού που μπορούν να πλήξουν ένα υπολογιστικό σύστημα. Γίνεται επίσης αναφορά στα χαρακτηριστικά των κακόβουλων λογισμικών τα οποία επηρεάζουν την εξάπλωσή του. Το τρίτο κεφάλαιο επιχειρεί να εισάγει την έννοια της επιδημιολογίας στα συστήματα υπολογιστών με την ανάλυση κυρίως των ιδιαιτεροτήτων οι οποίες την χαρακτηρίζουν. Επίσης αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζει κάποια βασικά επιδημιολογικά μοντέλα κάνοντας μια αναφορά τόσο στα βασικά χαρακτηριστικά αυτών, όσο επίσης και στον τρόπο λειτουργίας τους. Το τέταρτο κεφάλαιο το οποίο είναι και το πιο σημαντικό της εργασίας αυτής, αφιερώνεται στην παρουσίαση του εργαλείου OPNET Modeler που χρησιμοποιήσαμε και στην εκτενή περιγραφή της προσομοίωσης των μοντέλων SI, SIS, SIR και SIRS που διεξήγαμε για ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων. Γίνεται παρουσίαση της λειτουργίας του δικτύου με ταυτόχρονη επεξήγηση του κώδικα που αναπτύχθηκε. Επιπλέον παρουσιάζονται και αναλύονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης ενώ παράλληλα περιγράφονται και τα συμπεράσματα στα οποία μας οδήγησε η εν λόγω προσομοίωση. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο, γίνεται μια αναφορά σε κάποια βασικά συμπεράσματα στα οποία οδηγηθήκαμε, ενώ περιγράφονται και πεδία πάνω στη μελέτη της διάδοσης ενός κακόβουλου λογισμικού σε ένα υπολογιστικό δίκτυο, τα οποία μπορούν να μελετηθούν εκτενέστερα μελλοντικά. / A basic characteristic of contemporary days is the boom of the Internet either in terms of users or in terms of services rendered. Therefore, there is an imperative need to protect the network and computational systems from various threats which can render them vulnerable. However, for the full protection of these systems, it is required in the first place to get to know the type, the identity and the propagation mode of the threat. Of significant use has proved to be the development and the pursuit of models capable of describing quite effectively the way a threat is spread. The pursuit of such models constitutes nowadays a significant sector of research, including, but not limited to the academic community. The intention of the present diploma thesis is the simulation and study of the basic epidemic models SI, SIR, SIS and SIRS. These models are inspired from the science of Biology, and they are widely used nowadays for the modeling of the spread of various threats in computer networks such as viruses and worms. This dissertation consists of five chapters. In the first chapter, there is taking place the presentation of wireless sensor networks and there is also a description of their structure and their basic characteristics. In the second chapter there is a presentation of the basic types of malicious software that can hit a computational system. There is also reference to the characteristics of malicious software that affect their propagation. The third chapter attempts to introduce the concept on epidemiology in computer systems, analyzing mainly the particularities characterizing her. In addition, this chapter presents some basic epidemic models, referring both to their basic characteristics and their mode of operation. The fourth chapter, which is also the most significant one of the present thesis, is dedicated to the presentation of the tool OPNET Modeler that we used too in the thorough description of the simulation of the models SI, SIR, SIS and SIRS that we carried out for a wireless sensor network. It is taking place the presentation of the network’s operation mode with a simultaneous explanation of the code that was developed. Moreover, there are presented and analyzed the results of the simulation when at the same time are also described the conclusions that were derived from the present simulation. Finally, in the fifth chapter, there is a reference to some basic conclusions in which we were led, where there are also described fields concerning the study of malicious software propagation in a computational network, which can studied further in the future.

Στα αυτοοργανούμενα ασύρματα δίκτυα, αυτόνομοι κόμβοι με κάρτες ασύρματης μετάδοσης σχηματίζουν ένα δίκτυο χωρίς προυπάρχουσα δομή. Η δρομολόγηση σε ένα συμβατικό δίκτυο γίνεται από ειδικούς δρομολογητές, είτε υλοποιημένους σε υλικό ειδικά για αυτό το σκοπό, ή κατάλληλους υπολογιστές. Αντίθετα, σε ένα adhoc δίκτυο, η δρομολόγηση διεκπεραιώνεται από τους ίδιους τους κόμβους. Κάθε κόμβος έχει τη δυνατότητα να προωθεί δικτυακό φορτίο στους υπόλοιπους. Οι κόμβοι σε ένα ad hoc δίκτυο προσφέρονται να προωθήσουν την δικτυακή κίνηση εκ μέρους άλλων κόμβων. Η λειτουργικότητα του ad hoc δικτύου εξαρτάται σημαντικά από την ικανότητα προώθησης πακέτων των κόμβων του. Συνεπώς καταλαβαίνουμε ότι ο αλγόριθμος δρομολόγησης του ad-hoc δικτύου διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην απόδοσή του. Βασικός σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να μελετήσει την απόδοση μερικών βασικών αλγορίθμων δρομολόγησης ως προς κάποιες μετρήσιμες παραμέτρους. / In ad hoc wireless networks, autonomous nodes with wireless transmission cards form a network without pre-existing structure. Routing in a conventional network is performed by special routers , either in hardware implementations specifically for this purpose, or by appropriate computers. Conversely, in an adhoc network, routing is handled by the nodes themselves. Each node has the ability to forward the other nodes' load. The nodes in an ad hoc network offer to promote the network traffic from other nodes. The functionality of the ad hoc network depends significantly on the performance of packet forwarding of the nodes. Therefore we understand that the routing algorithm of ad-hoc network plays an important role in performance. The main purpose of this thesis is to study the performance of some key routing algorithms for some measurable parameters.

Τα δίκτυα ασύρματων αισθητήρων είναι ένα διαρκώς εξελισσόμενο πεδίο έρευνας και εφαρμογών καθώς και μια αναπτυσσόμενη βιομηχανία. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό τους είναι ότι αποτελούνται από πολυάριθμους κόμβους και ενώ κάθε ένας από αυτούς ξεχωριστά έχει περιορισμένους πόρους και ελάχιστες δυνατότητες, η χρήση πολλών κόμβων μαζί και η καθώς και η δικτυακή τους σύνδεση οδηγούν σε τεράστιες δυνατότητες. Η γκάμα εφαρμογών τους μπορεί να επηρεάσει κάθε πτυχή της ανθρώπινης ζωής και το μόνο σίγουρο είναι ότι θα παίζουν βασικό ρόλο στην καθημερινότητα του ανθρώπου στο μέλλον. Στην παρούσα διπλωματική εργασία λοιπόν αναπτύσσεται ένα δίκτυο ασύρματων αισθητήρων μικρής κλίμακας που αφουγκράζεται τις συνθήκες του περιβάλλοντος σε μια οικεία και στη συνέχεια λαμβάνονται αυτόματα ενέργειες βασισμένες σε αυτές τις συνθήκες. Οι ενέργειες αυτές αφορούν τον έλεγχο βασικών οικιακών συσκευών προκειμένου να αυτοματοποιηθεί η χρήση τους με βάση τα κριτήρια που δίνονται από το χρήστη μέσω ενός Web interface. Η διπλωματική εργασία χωρίζεται σε 4 κεφάλαια. Στο πρώτο γίνεται μια σύντομη ανάλυση της συνεισφοράς των δικτύων ασύρματων αισθητήρων και παρουσιάζεται η δομή της εφαρμογής που κατασκευάστηκε. Στο δεύτερο γίνεται μια εισαγωγή στα δίκτυα ασύρματων αισθητήρων και μια πιο λεπτομερής επισκόπηση των εφαρμογών τους, καθώς και των λειτουργικών συστημάτων που χρησιμοποιούνται για τον προγραμματισμό τους. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο τεχνικός εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε στα πλαίσια της εφαρμογής αυτής. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο τρόπος λειτουργίας της εφαρμογής και των δυνατοτήτων της μέσω μιας γενική περιγραφής του κώδικα που γράφτηκε για την υλοποίηση της. Τέλος παρατίθεται μια σύντομη αξιολόγηση της εφαρμογής, καθώς και μελλοντικές κατευθύνσεις στον τομέα αυτόν. Στο παράρτημα είναι διαθέσιμος ο κώδικας της εφαρμογής καθώς και η βιβλιογραφία στην οποία βασίστηκε η συγγραφή αυτής της εργασίας. / Wireless sensors networks is a constantly growing field of research and applications as well as a growing industry. Their special feature is that they consist of numerous nodes and while each of them has very limited resources and capabilities, the usage of many nodes combined along with their interconnection leads to enormous potential. Their range of applications can affect every aspect of human life and it is only sure that they will play a key role in the everyday life of mankind in the future. In this dissertation, a small scale wireless sensors network is developed, that senses the environmental conditions of a house and then automatically take actions based on these conditions. These actions are taken on basic home devices in order to automate their usage based on criteria given by the user through a web interface This dissertation consists of four chapters. The first chapter is a brief analysis of the wireless sensors network contribution and a brief look on the application’s structure. The second chapter is an introduction to wireless sensors networks and a more detailed overview of their applications, along with the operating systems used to program them. The third chapter is a presentation of the hardware used in this application. The fourth chapter presents the way this application works along with its capabilities through a general description of the code that was written for its implementation. Finally, there is a brief synopsis and evaluation of the application as well as ideas for future development in this field. The appendix section provides the full code of the application along with the bibliography on which the writing of this dissertation was based.