Μία από τις πιο γοργά αναπτυσσόμενες περιοχές της επιστήμης των υπολογιστών είναι η ανάπτυξη έξυπνων συστημάτων που υποστηρίζουν τις αποφάσεις των χρηστών και παρέχουν ένα ευρύ πεδίο υπηρεσιών. Η εξυπνάδα τους βασίζεται στην παρακολούθηση και αποκωδικοποίηση των αναγκών και την προσομοίωση της συμπεριφοράς του χρήστη. Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η παρουσίαση ενός νέου, αξιόπιστου συστήματος δυναμικής αξιολόγησης της συμπεριφοράς του οδηγού και υποστήριξης αυτού σε πραγματικό χρόνο. Πιο συγκεκριμένα, δίνεται έμφαση στην ανοικτή, προσανατολισμένη προς τις υπηρεσίες (service-oriented) αρχιτεκτονική του, στους κανόνες που το διέπουν και στο υλικό και το λογισμικό που του επιτρέπουν να παρέχει διαλειτουργικές υπηρεσίες. Εφαρμόζεται η συστημική προσέγγιση που αρχίζει με τα στοιχεία εισόδου. Τα στοιχεία αυτά αφορούν βασικά τον οδηγό: προσωπικά στοιχεία, προφίλ, καλούς χειρισμούς κ.ά., το αυτοκίνητο: ταχύτητα, επιτάχυνση, επιβράδυνση, γωνία τιμονιού, αριθμός στροφών κινητήρα, σχέση μετάδοσης στο κιβώτιο ταχυτήτων, μοντέλο και τύπος οχήματος και το περιβάλλον: GPS, RFID, κάμερες, αισθητήρες, ασύρματες και δορυφορικές επικοινωνίες κ.ά. Συνεχίζουμε με την ευφυή - αλγοριθμική, στατιστική κ.λπ. - επεξεργασία αυτών των στοιχείων (α) για να εκτιμήσουμε την τρέχουσα κατάσταση του οδηγού και του οχήματος στις συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες και (β) για να κατανοήσουμε τη συμπεριφορά και να υποστηρίξουμε παθητικά ή ενεργά τον οδηγό κατά τη διάρκεια ενός ταξιδιού. Παράγουμε πρωτότυπα αποτελέσματα, δηλαδή χρήσιμη πληροφορία και πιθανές συμβουλές προς τον οδηγό του οχήματος, στοιχεία για την συμπεριφορά του οδηγού με σκοπό την περαιτέρω χρήση αυτών των πληροφοριών από άλλους φορείς, όπως ασφαλιστικές, εταιρείες, ελεγκτικά όργανα του κράτους κ.λπ. Βέβαια, οι δυνατότητες που προσφέρονται από το προτεινόμενο σύστημα μπορούν να οδηγήσουν σε οφέλη και για τις ασφαλιστικές εταιρείες οι οποίες καλούνται να εκσυγχρονίζουν συνεχώς τον τρόπο με τον οποίο καθορίζουν το ύψος των ασφαλίστρων. Επιπλέον, το προτεινόμενο σύστημα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από εταιρείες που διαθέτουν στόλο οχημάτων, προκειμένου να επαληθεύουν και να ελέγχουν την ικανότητα των οδηγών σε πραγματικό χρόνο. Τέλος, το προτεινόμενο σύστημα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από το υπουργείο μεταφορών, την τροχαία, τους φορείς τοπικής διοίκησης κ.ά. / One of the fastest growing areas of computer science is the development of intelligent systems that support user decisions and provide a wide range of services. Their intelligence is based on monitoring and decoding of real needs, as well as the simulation of end user’s behavior. The object of this Thesis is the presentation of a new, integrated system for dynamic evaluation of driver behavior. In particular, we emphasize at its open, service-oriented architecture, the incorporated set of rules and the system hardware and software which allow it to provide interoperability. We apply the systematic approach that begins with the input data plus requirements. These data mainly concern the driver: personal data, profile, good practices etc., the vehicle: speed, acceleration, deceleration, steering angle, engine speed, gear ratio in gearbox, model and type, and the environment: GPS, RFID, cameras, wireless and satellite communications, etc. Then, these data are processed applying an intelligent-algorithmic, statistical etc.- approach in order (a) to evaluate the current state of the driver and the car in certain environmental conditions, and (b) to understand the behavior and passively or actively support the driver during a travel. We produce original results, i.e. useful information and possible recommendations to the driver of the vehicle, data concerning the driver behavior and thus, this information can be further used by others, such as insurance companies, audit institutions of state etc. We place great emphasis on cutting-edge technologies that are applied to achieve the required feedback, parameterization and adaptation of the system. Of course, the capabilities offered by the proposed system can lead to clear benefits for various organizations, like insurance companies, which are required to continually update their price policy, companies that have a fleet of vehicles, in order to verify the ability of the drivers and support them in real time. Finally, the proposed system could be used by the Ministry of Transport, the traffic police, the local authorities etc.

Το αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής αφορά στην ανάπτυξη μιας ευέλικτης και επεκτάσιμης αρχιτεκτονικής που θα αξιοποιηθεί στον σχεδιασμό συστημάτων για την διεξαγωγή πειραμάτων από απόσταση. Τα συστήματα αυτά αναφέρονται ως RLs (Remote Laboratories) και επιτρέπουν στους χρήστες να χειρίζονται απομακρυσμένα τον διαθέσιμο εργαστηριακό εξοπλισμό με σκοπό την διεξαγωγή πειραμάτων. Στην διεθνή βιβλιογραφία έχουν καταγραφεί σημαντικές ερευνητικές προσπάθειες που σχετίζονται με την ανάπτυξη RLs σε διάφορα γνωστικά αντικείμενα. Όμως ακόμη και σήμερα δεν έχει υιοθετηθεί από την επιστημονική κοινότητα κάποια κοινά αποδεκτή αρχιτεκτονική για την ανάπτυξη RLs. Αρχικά προτείνεται μια αρχιτεκτονική για την ανάπτυξη RLs η οποία ονομάζεται ARIAL (Architecture of Internet Accessible Laboratories) η οποία είναι ανεξάρτητη από το γνωστικό αντικείμενο των υποστηριζόμενων από απόσταση πειραμάτων. Η συγκεκριμένη αρχιτεκτονική είναι επίσης ανεξάρτητη τόσο από το υλικό (hardware) όσο και από το λογισμικό (software) που θα αξιοποιηθεί για την ανάπτυξη ενός RL. Η ARIAL αποτελείται από δύο δομικά στοιχεία, τον MWS (Main Web Server) και το WS (WorkStation). Ο MWS αναλαμβάνει κυρίως την διαχείριση των χρηστών και των διαθέσιμων WSs. Ενώ τα WSs που συνήθως βρίσκονται σε πολλαπλότητα, αναλαμβάνουν αποκλειστικά την διεξαγωγή των υποστηριζόμενων από απόσταση πειραμάτων. Η επικοινωνία μεταξύ του MWS και των WSs επιτυγχάνεται μέσω μιας βάσης δεδομένων που επιτρέπει την πρόσβαση μέσω διαδικτύου. Επομένως, τα WSs μπορούν να εγκατασταθούν σε οποιαδήποτε γεωγραφική τοποθεσία επιτρέποντας την ανάπτυξη ομοσπονδιακών RLs. Όμως το σημαντικότερο χαρακτηριστικό της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής το οποίο συμβάλει αποφασιστικά στην βιωσιμότητα ενός RL, είναι η υποστήριξη από απόσταση πειραμάτων που έχουν σχεδιαστεί και υλοποιηθεί από τους χρήστες. Με στόχο την επιβεβαίωση της ARIAL προτείνεται ένα RL στην ψηφιακή επεξεργασία σήματος με DSPs που ονομάζεται R-DSP Lab (Remote Digital Signal Processors Laboratory). Το R-DSP Lab παρέχει στους χρήστες την δυνατότητα είτε να διεξάγουν ένα από τα προκαθορισμένα από απόσταση πειράματα είτε να επιβεβαιώσουν την ορθή λειτουργία μιας DSP εφαρμογής που ανέπτυξαν οι ίδιοι. Το συγκεκριμένο RL επιτρέπει επίσης την ανάπτυξη από απόσταση πειραμάτων από τους χρήστες. Στην περίπτωση αυτή οι χρήστες εκτός από την DSP εφαρμογή που επιθυμούν, θα πρέπει να υλοποιήσουν και το GUI (Graphical User Interface) που αναλαμβάνει τον απομακρυσμένο έλεγχο της παραπάνω DSP εφαρμογής. Κατά την διεξαγωγή οποιουδήποτε από τα παραπάνω απόσταση πειράματα οι χρήστες μέσω μιας κατάλληλα σχεδιασμένης ιστοσελίδας έχουν την δυνατότητα να ελέγχουν απομακρυσμένα τα διαθέσιμα εργαστηριακά όργανα. Στην συνέχεια προτείνεται ένα RL στην ψηφιακή επεξεργασία εικόνας με DSPs που ονομάζεται R-DImPr Lab (Remote Digital Image Processing Laboratory). Το συγκεκριμένο RL επιτρέπει την επιβεβαίωση μιας DSP εφαρμογής που αναπτύχθηκε από τον χρήστη αξιοποιώντας το API (Application Program Interface) του R-DImPr Lab. Η DSP εφαρμογή αναλαμβάνει την ψηφιακή επεξεργασία εικόνων που λαμβάνονται από τον διαθέσιμο αισθητήρα εικόνας. Κατά την διεξαγωγή του από απόσταση πειράματος ο χρήστης μέσω της ιστοσελίδας του RL αφού επιλέξει τις ρυθμίσεις του αισθητήρα εικόνας, έχει την δυνατότητα να παρατηρήσει τόσο στην αρχική όσο και στην επεξεργασμένη εικόνα. Με σκοπό την διεύρυνση των δυνατοτήτων του R-DimPr Lab σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε ένα σύστημα επεξεργασίας εικόνας με DSPs το οποίο παρέχει στους χρήστες την δυνατότητα να διεξάγουν από απόσταση πειράματα ελέγχοντας απομακρυσμένα, τόσο την λειτουργία της αντίστοιχης DSP εφαρμογής όσο και την θέση του αισθητήρα εικόνας. Ο έλεγχος της θέσης του αισθητήρα εικόνας επιτυγχάνεται μέσω ενός μηχανισμού κίνησης που βασίζεται σε δύο βηματικούς κινητήρες και επιτρέπει την περιστροφή του αισθητήρα εικόνας σε δύο άξονες. Επιπρόσθετα, διερευνείται η δυνατότητα ανάπτυξης από απόσταση πειραμάτων στην ψηφιακή επεξεργασία εικόνας με DSPs από τους χρήστες αξιοποιώντας το R-DSP Lab. Τέλος, προτείνεται ένα RL στην αρχιτεκτονική των υπολογιστών που επιτρέπει στους χρήστες να προγραμματίσουν σε assembly μια από τις δύο διαθέσιμες CPUs (Central Processing Units). Κατά την διαδικασία επιβεβαίωσης, αρχικά φορτώνεται στο FPGA (Field Programmable Gate Array) της διαθέσιμης αναπτυξιακής πλατφόρμας η υλοποίηση του συστήματος που βασίζεται στην επιλεγμένη CPU. Στην συνέχεια μέσω του GUI της ιστοσελίδας του προτεινόμενου RL, οι χρήστες έχουν την δυνατότητα να παρατηρήσουν βήμα προς βήμα τις μικρο-λειτουργίες που λαμβάνουν χώρα στην επιλεγμένη CPU κατά την εκτέλεση του προγράμματος. / The subject of this Ph.D. dissertation deals with the development of a flexible and expandable architecture which will be exploited in the design of systems for the conduction of remote experiments. These systems are referred as RLs (Remote Laboratories) and allow the users to handle remotely the available laboratory equipment in order to perform remote experiments. Significant scientific efforts which deal with the development of RLs in several cognitive fields, have been documented in the international literature. However, even today a commonly accepted architecture for the development of RLs has not been adopted by the scientific community. At the beginning, an architecture for the development of RLs which is called ARIAL (ARchitecture of Internet Accessible Laboratories) and is independent of the cognitive field of the supported remote experiments, is proposed. This architecture is also independent of both the hardware and the software which will be utilized for the development of the corresponding RL. The ARIAL consists of two structural elements, the MWS (Main Web Server) and the WS (WorkStation). The MWS undertakes the management of the users and the available WSs. Each one of the multiple WSs is exclusively responsible for the conduction of the supported remote experiments. The communication between the MWS and the WSs is achieved through an internet accessible database. Therefore, the WSs can be installed in any geographic location allowing the development of federal RLs. However, the most important feature of the proposed architecture which contributes decisively to the sustainability of a RL, is the support of remote experiments designed and implemented by the users. In order to confirm the ARIAL, this Ph.D. dissertation also proposes a RL in digital signal processing with DSPs which is called R-DSP Lab (Remote Digital Signal Processors Laboratory). The R-DSP Lab provides the users with the ability either to perform one of the predefined remote experiments or to confirm the operation of a DSP application which is developed by them. In addition, the proposed RL allows the development of remote experiments by the users. In this case, the users implement offline both the desired DSP application and the GUI (Graphical User Interface) which undertakes the remote control of the above DSP application. During the conduction of the above remote experiments, the users are able to remote control the available laboratory instruments through a carefully designed web page. Subsequently, a RL in digital image processing with DSPs which is called R-DImPr Lab (Remote Digital Image Processing Laboratory), is also proposed. This RL allows the verification of a DSP application developed by the user utilizing the API (Application Program Interface) of R-DImPr Lab. The DSP application undertakes the digital process of images which are captured by the available image sensor. During the conduction of the remote experiment, the user through the web page of the proposed RL, selects the parameters of the image sensor and observes both the original and the processed image. In order to expand the features of the R-DImPr Lab, a digital image processing system based on DSPs was designed and developed. This system allows the users to perform remote experiments by controlling remotely both the DSP application and the position of the image sensor. The control of the image sensor’s position is achieved through a motion actuator which is based on two stepper motors and allows the rotation of the image sensor in two axes. In addition, this Ph.D. dissertation explores the possibility of the development of remote experiments in digital image processing with DSPs by the users utilizing the features of the R-DSP Lab. Finally, a RL in computer architecture which allows the users to program in assembly language one of the two available CPUs (Central Processing Units), is proposed. During the verification process, the implementation of the system which is based on the selected CPU, is loaded into the FPGA (Field Programmable Gate Array) of the available development platform. The users through the GUI of the proposed RL’s web page, are able to observe the micro-operations which take place in the selected CPU during the step by step program execution.

Στη παρούσα διπλωματική εργασία, πραγματοποιείται μία ποιοτική επισκόπηση του όρου Σημαντικός Ιστός και των τεχνολογιών αναπαράστασης γνώσης και συμπερασμού που υπόκεινται σε αυτόν, όπως οντολογίες, μέθοδοι και εργαλεία ανάπτυξης οντολογιών, γλώσσες αναπαράστασης οντολογιών καθώς και η επέκταση της εκφραστικότητας των οντολογιών με την προσθήκη κανόνων. Επίσης, γίνεται εκτενής αναφορά σε μία άλλη εξελικτική τάση, που κυριαρχεί στο χώρο του Web, το Web 2.0. Στα πλαίσια του Web 2.0, αναλύονται έννοιες όπως mashups και Web APIs. Ειδικά για την έννοια των Web APIs, γίνεται αναφορά και ανάλυση συγκεκριμένων APIs, όπως αυτά της Amazon και του EBay. Οι έννοιες του Σημαντικού Ιστού και του Web 2.0 παρουσιάζονται πολλές φόρες ως ανταγωνιστικές για το μέλλον του Ιστού. Εντούτοις, γίνεται σαφές όλο και περισσότερο ότι οι δύο αυτές έννοιες είναι συμπληρωματικές. Στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας, αναπτύχθηκε μια εφαρμογή η οποία θα συνδυάζει αυτές τις δύο κυρίαρχες τεχνολογικές τάσεις. Πιο συγκεκριμένα, η εφαρμογή αποτελεί ένα πλαίσιο αναζήτησης βιβλίων από το Amazon και το Half eBay με χαρακτήρα εξατομίκευσης. Για την εφαρμογή, κάθε χρήστης αποτελεί μία αυτόνομη οντότητα. Συνεπώς, το περιεχόμενο της εφαρμογής προσαρμόζεται ανάλογα με το προφίλ του χρήστη κάθε φορά. Η υλοποίηση της εφαρμογής στηρίζεται αποκλειστικά στην ανάπτυξη οντολογιών, στη συγγραφή κανόνων (για την εξατομίκευση), στη δημιουργία ενός mashup και στα Web APIs. Τέλος, να σημειωθεί ότι η εφαρμογή στηρίζεται σε μία κατανεμημένη αρχιτεκτονική 3-επιπέδων. / In the present diploma thesis, one qualitative review is realised for the concepts of Semantic Web and of technologies of representation of knowledge and reasoning that being in this, such as ontologies, methods and tools for ontology development, representation languages of ontologies as well as the extension of expressiveness of ontologies with the addition of rules. Also, it becomes an extensive report in an other evolutionary tendency, that dominates in the space of Web, Web 2.0. In the scope of Web 2.0, concepts such as mashups and Web APIs are analyzed. Specifically for the concept of Web APIs, we make a report and an analysis of concrete APIs, as those of Amazon and EBay. The concepts of Semantic Web and Web 2.0 are presented a lot of times as competitive for the future of Web. Nevertheless, it becomes more and more obvious that these two concepts are complemental. In the scope of these diploma thesis, was developed an application which combines these two dominant technological tendencies. In particular, the application constitutes a framework of searching books from Amazon and Half eBay with a personalised character. For the application, each user constitutes an autonomous entity. Consequently, the content of application is adapted depending on the profile of user each time. The implementation of application is supported exclusively in the ontology development, in the writing of rules (for the personalisation), in the creation of a mashup and in Web APIs. Finally, it is marked that the application is supported in a distributed 3-tier architecture.

Παρόλο που το υπερκείμενο ως τρόπος δόμησης πληροφορίας τυγχάνει ευρείας αποδοχής, μέχρι σήμερα τα Συστήματα Υπερκειμένου (ΣΥ) δεν έχουν καταφέρει να προσφέρουν τη λειτουργικότητά τους στο ευρύ κοινό σε ικανοποιητικό βαθμό. Οι σχεδιαστικές προσεγγίσεις των ΣΥ αλλά και η αδυναμία υποστήριξης των προγραμματιστών ξένων εφαρμογών για τη χρήση των υπηρεσιών υπερκειμένου οδήγησαν σε μία δυσμενή κατάσταση όσο αφορά στην αποδοτική παροχή υπηρεσιών υπερκειμένου. Το πρόβλημα αυτό ανέδειξε την αναγκαιότητα για την επαναπροσέγγιση των σχεδιαστικών αρχών των ΣΥ έχοντας ως βασική προτεραιότητα τη δημιουργία και την εύκολη παροχή υπηρεσιών υπερκειμένου στο ευρύ κοινό. Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται τη δημιουργία ενός πλαισίου για την παροχή υπηρεσιών υπερκειμένου σε ξένα συστήματα αλλά και την υποστήριξη της ανάπτυξης εφαρμογών διαδικτύου βασισμένες σε υπηρεσίες υπερκειμένου. Η υιοθέτηση της Αρχιτεκτονικής Προσανατολιζόμενης σε Υπηρεσίες – ΑΠΥ στο σχεδιασμό των ΣΥ αποτέλεσε την προτεινόμενη προσέγγιση της διατριβής. Η ανάπτυξη συστημάτων υπερκειμένου βασισμένα σε αρχές της ΑΠΥ αλλά και η παροχή υπηρεσιών υπερκειμένου στο διαδίκτυο με χρήση παγκοσμίων προτύπων επιχειρούν να διευκολύνουν την εκμετάλλευση της λειτουργικότητας των ΣΥ από χρήστες και από άλλα συστήματα. Έχοντας ως παράδειγμα υπάρχοντα ΑΣΥ αλλά και συστήματα υπερμέσων βασισμένα σε ψηφίδες (ΑΣΥ-ΒΨ) - όπως ο Callimachus - μελετήθηκε και χρησιμοποιήθηκε η τεχνική των Web Services έτσι ώστε να είναι δυνατή η παροχή στο διαδίκτυο υπηρεσιών υπερμέσων διαφόρων λειτουργικών πεδίων (ταξινομίες, χωρική αναπαράσταση, πλοήγηση κ.α.) από υπάρχοντα συστήματα. Σημείο αναφοράς της εφαρμογής της προτεινόμενης τεχνικής υπήρξε το σύστημα Babylon. Το Babylon είναι ένα σύστημα παροχής υπηρεσιών ταξινόμησης, το οποίο σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ως ψηφίδα του συστήματος Callimachus και κατόπιν μετεξελίχθηκε σε αυτόνομη υπηρεσία παγκόσμιου ιστού (Web Service). Επιπλέον, αναπτύχθηκε ένα σύστημα υποστήριξης συνεργασίας και λήψης αποφάσεων βασισμένο σε τεχνολογίες συστημάτων χωρικού υπερκειμένου και υπερκειμένου υποστήριξης επιχειρηματολογίας. Η ανάπτυξη έγινε εξ’ολοκλήρου βασισμένη στις αρχές της αρχιτεκτονικής προσανατολιζόμενης σε υπηρεσίες και η εκμετάλλευση των υπηρεσιών του είναι δυνατή τόσο μέσω του παγκοσμίου ιστού όσο και από εξωτερικές εφαρμογές χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα Web Services. Τέλος, μελετήθηκε η δυνατότητα ανακάλυψης και αναζήτησης των υπηρεσιών υπερμέσων μέσα από ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο υποστήριξης ανάπτυξης εφαρμογών που χρησιμοποιούν υπηρεσίες υπερκειμένου. Με την εφαρμογή της προτεινόμενης προσέγγισης και την αξιολόγηση της χρήσης των συστημάτων παράχθηκαν θετικά συμπεράσματα όσο αφορά στην αξιοποίηση των ΑΠΥ σε συστήματα υπερμέσων και με τον τρόπο αυτό τεκμηριώθηκε η χρησιμότητα της συνολικής προσέγγισης. / Although hypertext is considered as a widely accepted mean for information structuring, the provision of hypertext-related services has not yet reached a satisfactory level. Both the design principles of hypertext systems and the lack of developer support for the exploitation of hypermedia services lead to a low level of provision of the hypertext functionality from the world. This problem has highlighted the need for re-approaching the design principles of HSs under a different perspective in which the creation and the provision of a hypermedia service are crucial issues. This thesis focuses on the development of a framework aiming at both the provision of hypermedia service and the web application development support using hypermedia functionality. The adoption of Service Oriented Architecture (SOA) in the design of Hypermedia Systems (OHS) constitutes the main approach against the particular issue. The SOA based implementation of HSs together with the the provision of hypermedia services to the Internet through universal standards try to aid the exploitation of the hypermedia functionality from an open set of both users and systems. The OHSs together with the Component Based – OHSs (CB-OHSs) like Callimachus were the leading paradigm in this approach in which the web-service technique was both studied and adopted in order to provide to the Internet hypermedia services based on different hypermedia fields (taxonomic, spatial, navigational etc) provided by existing systems. The case study of this approach regards the Babylon system. It is a hypertext system designed to provide taxonomic services in the context of the entire Callimachus system as a single component. The Babylon system was later transformed to a taxonomic internet based service using the Web Service standards. Furthermore, a collaboration and decision making support tool based on spatial and argumentation support technologies was also implemented. The development was entirely based on SOA thus the provided services are available both from users or applications of the world wide web and 3rd party (external) applications by using the Web Services protocols. Finally, a study which concerns capabilities of discovering and searching of the hypermedia services has also taken place. The evaluation of the proposed approach extracted many positive conclusions regarding the utilization of SOA in the area of hypermedia systems.

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.

Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής αποτελεί η μελέτη και ανάλυση των μηχανισμών συγχρονισμού που εφαρμόζονται σε ψηφιακούς δορυφορικούς δέκτες διαγραμμάτων αστερισμού πολλαπλών δακτυλίων με σκοπό την ανάπτυξη νέων τεχνικών που παρουσιάζουν βελτιωμένη απόδοση καθώς και μεθόδων αξιολόγησης της απόδοσής τους. Οι σύγχρονες τάσεις στον τομέα των ψηφιακών επικοινωνιών και συγκεκριμένα στο πεδίο των τεχνικών διαμόρφωσης και διόρθωσης σφαλμάτων, καθώς και η εντεινόμενη ανάγκη για πιο αποδοτικές εφαρμογές και υπηρεσίες μέσω δορυφορικών ζεύξεων οδήγησαν στην ανάπτυξη νέων προτύπων δορυφορικών επικοινωνιών, όπως το DVB-S2, από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ΕΟΔ-ESA). Βάσει των προτύπων αυτών, απαιτούνται νέες προσεγγίσεις και τεχνικές στο σχεδιασμό δορυφορικών δεκτών. Παράλληλα, η προσέγγιση Software Defined Radio (SDR) αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη μεθοδολογία η οποία επιτρέπει την απαιτούμενη προσαρμοστικότητα και ευελιξία για την υποστήριξη πολλαπλών τύπων λειτουργίας και ρυθμών συμβόλων στους σύγχρονους δέκτες. Ο συγχρονισμός σε ένα δορυφορικό δέκτη (μονού φορέα) αποτελεί μια πολύπλοκη και απαιτητική διαδικασία που αφορά την εκτίμηση των παραμέτρων της μετάδοσης, οι οποίες και ανταποκρίνονται στον πραγματικό ρυθμό συμβόλων, στη συχνότητα και φάση του φορέα μετάδοσης καθώς και στη γνώση των ορίων των πλαισίων φυσικού επιπέδου. Οι μηχανισμοί συγχρονισμού αποτελούν σημαντικό, από άποψη κρισιμότητας και απαιτήσεων σε επεξεργαστική ισχύ, τμήμα των αποδιαμορφωτών, οι οποίοι σε περίπτωση λειτουργικής αποτυχίας οδηγούν στην απώλεια της αξιοπιστίας του δέκτη. Εξαιτίας της σπουδαιότητας των μηχανισμών αυτών, η αναζήτηση αποδοτικών και υλοποιήσιμων αλγορίθμων συγχρονισμού αποτελεί σημαντική παράμετρο στον σχεδιασμό συστημάτων δεκτών. Ένα σημαντικό πρόβλημα που αρχικά αντιμετώπισε η παρούσα διδακτορική διατριβή αφορά την ανάπτυξη βέλτιστης αρχιτεκτονικής διαχείρισης του σήματος εισόδου IF σε ένα δέκτη SDR μέσω κατάλληλης ψηφιακής επεξεργασίας των δειγμάτων εισόδου. Σκοπός της βαθμίδας είναι να υποβιβάσει το φάσμα του ψηφιακού σήματος εισόδου IF στη βασική ζώνη, υπολογίζοντας τις αντίστοιχες συνιστώσες του σήματος βασικής ζώνης. Περιορισμό στο πρόβλημα, αποτελεί η μέγιστη συχνότητα δειγματοληψίας του κυκλώματος ψηφιοποίησης. Η λύση που προτείνεται αντιμετωπίζει τις παραπάνω συνθήκες με μια νέα αρχιτεκτονική που βασίζεται σε δύο βαθμίδες μετατόπισης συχνότητας, μια σταθερής και μια προγραμματιζόμενης συχνότητας. Η προγραμματιζόμενη οδηγείται από την εκτίμηση του σφάλματος μετατόπισης συχνότητας που πραγματοποιείται σε επόμενο στάδιο επεξεργασίας του σήματος βασικής ζώνης. Το πλεονέκτημα της αρχιτεκτονικής αυτής, είναι η διπλάσια ακρίβεια στη ρύθμιση της συχνότητας σε σχέση με την κλασική προσέγγιση για δεδομένη συχνότητα δειγματοληψίας και αριθμό bits στον καταχωρητή συσσώρευσης φάσης του ταλαντωτή. Τέλος, ο παραπάνω υποβιβαστής προορίζεται για χρήση σε δέκτες SDR με χρήση μετατροπέων σήματος (ADC) περιορισμένης συχνότητας δειγματοληψίας. Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας, μελετήθηκε ο μηχανισμός ανάκτησης χρονισμού συμβόλου (Symbol Timing Recovery - STR) που υλοποιείται με τη χρήση κλειστού βρόχου δεύτερης τάξης και βασίζεται στο σήμα ενός ανιχνευτή σφάλματος χρονισμού (Timing Error Detector - TED). Τα θεμελιώδη χαρακτηριστικά του βρόχου, όπως ο χρόνος και η ποιότητα σύγκλισης, καθορίζονται από τις τιμές του κέρδους των δύο κλάδων του φίλτρου του βρόχου πρώτης τάξης τύπου P-I (Proportional-Integral) που αποτελεί μια ευρέως διαδεδομένη λύση για τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές συγχρονισμού. Αφού περιγράφηκε και αναλύθηκε η γενικευμένη μεθοδολογία παραμετροποίησης του βρόχου, στη συνέχεια δόθηκε έμφαση σε βρόχους που αξιοποιούν τον ανιχνευτή Gardner. Τα χαρακτηριστικά ανεξαρτησίας του από τις τιμές των συμβόλων που χρησιμοποιεί καθώς και του παραμένοντος σφάλματος συχνότητας, τον καθιστούν μια αξιόπιστη λύση για τον συγχρονισμό συμβόλων πριν από το συγχρονισμό συχνότητας σε ψηφιακούς δέκτες. Κάνοντας χρήση της ανάλυσης αυτής και λόγω της υστέρησης των διαγραμμάτων πολλαπλών δακτυλίων τύπου M-APSK, ως προς την απόδοση του κλειστού βρόχου ανάκτησης χρονισμού συμβόλου, σε σχέση με τα διαγράμματα μονού δακτυλίου ίδιας μέσης ενέργειας, η διατριβή προτείνει μια παραλλαγή του τυπικού βρόχου για τη βελτίωση της συμπεριφοράς τους. Η αυξημένη διακύμανση στο σήμα εισόδου του ανιχνευτή λόγω της εναλλαγής των συμβόλων διαφορετικού πλάτους στην είσοδο του ανιχνευτή σφάλματος χρονισμού αποτελεί την κύρια αιτία για την αυξημένη διακύμανση κατά την παρακολούθηση του σφάλματος χρονισμού από τις δομές τέτοιων βρόχων. Η προσέγγιση που προτείνεται, βασίζεται στην εισαγωγή μιας υπομονάδας στον τυπικό βρόχο που προσαρμόζει τα πλάτη των συμβόλων όλων των δακτυλίων σε ένα δακτύλιο αναφοράς πριν την εισαγωγή τους στον ανιχνευτή σφάλματος χρονισμού. Επίσης κάνει χρήση του τοπικού ρολογιού του βρόχου με στόχο τη ρύθμιση του πλάτους συγκεκριμένων δειγμάτων του σήματος εισόδου και χωρίς να επηρεάζει τα πλάτη των συμβόλων που εισάγονται στο προσαρμοσμένο φίλτρο εξόδου. Η εφαρμογή της υπομονάδας έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του θορύβου κατά την παρακολούθηση του σφάλματος μετά την αρχική σύγκλιση του βρόχου, γεγονός που μεταφράζεται στη μείωση της τυπικής απόκλισης του σφάλματος εκτίμησης του χρονισμού σε σύγκριση με τον τυπικό βρόχο. Η απόδοση των βαθμίδων συγχρονισμού καθορίζεται συνήθως με βάση εσωτερικές παραμέτρους οι οποίες και επηρεάζονται σημαντικά από την αρχιτεκτονική του εκάστοτε μηχανισμού, την παράμετρο εκτίμησης καθώς και την κατάσταση λειτουργίας του μηχανισμού. Η διατριβή αξιοποιώντας την ύπαρξη πολλαπλών δακτυλίων στα διαγράμματα αστερισμού της μεθόδου διαμόρφωσης προτείνει ένα νέο ενιαίο μέγεθος εκτίμησης της απόδοσης των βαθμίδων συγχρονισμού σε δέκτες διαγραμμάτων πολλαπλών δακτυλίων M-APSK. Σημαντικό πλεονέκτημα του μέγεθος αποτελεί η αποκλειστική χρήση του σήματος εξόδου των βαθμίδων συγχρονισμού μέσω κατάλληλης επεξεργασίας (των παραγόμενων τιμών συμβόλων), παρέχοντας τη δυνατότητα στο μέγεθος να χρησιμοποιηθεί σε συνθήκες μετατόπισης συχνότητας/φάσης φορέα και/ή σφάλματος στο χρονισμό συμβόλου. Ένα άλλο πλεονέκτημα του παραπάνω μεγέθους σχετίζεται με το γεγονός ότι δεν είναι αναγκαία η γνώση των μεταδιδόμενων συμβόλων, σε αντίθεση με αντίστοιχα μεγέθη απόδοσης που χρησιμοποιούνται στην έξοδο των αποδιαμορφωτών, όπως το Error Vector Magnitude (EVM). Η μαθηματική ανάλυση της μέσης τιμής του μεγέθους σε συνθήκες προσθετικού λευκού προσθετικού θορύβου (AWGN) που παρουσιάζεται στη διατριβή αυτή αφορά τόσο την περίπτωση όπου ο δέκτης γνωρίζει τον δακτύλιο προέλευσης των λαμβανομένων συμβόλων, όσο και την περίπτωση όπου ο δέκτης αγνοεί τον δακτύλιο προέλευσης των λαμβανομένων συμβόλων και υπολογίζει το μέγεθος σύμφωνα με τον πλησιέστερο σε αυτά δακτύλιο. Το δεύτερο από τα παραπάνω σενάρια αφορά ρεαλιστικά συστήματα δεκτών όπου η πληροφορία του δακτυλίου προέλευσης των συμβόλων λήψης δεν είναι διαθέσιμη. Και στις δύο παραπάνω περιπτώσεις, αποδεικνύεται μια σταθερή σχέση του προτεινόμενου μεγέθους με το λόγο των ισχύων συμβόλου και θορύβου AWGN (Es/No). Βάσει των παραπάνω χαρακτηριστικών, το προτεινόμενο μέγεθος είναι σε θέση να αξιοποιηθεί για την εκτίμηση των συνθηκών στο κανάλι υπό συνθήκες λευκού Gaussian θορύβου μέσω επεξεργασίας του σήματος εξόδου από τον βρόχο STR ο οποίος αποτελεί συνήθως και τον πρώτο μηχανισμό συγχρονισμού σε ψηφιακούς δέκτες δορυφορικών επικοινωνιών. Αξίζει να σημειωθεί ότι η εκτίμηση των συνθηκών αυτών είναι εφικτή ακόμα και υπό συνθήκες σημαντικού παραμένοντος σφάλματος στη συχνότητα του φορέα. Η σπουδαιότητα της εκτίμησης αυτής έγκειται στο γεγονός ότι μπορεί να αξιοποιηθεί από τις ακόλουθες βαθμίδες συγχρονισμού (συχνότητας φορέα και φάσης) για την κατάλληλη προσαρμογή και επιτάχυνση των λειτουργιών τους. Μία δεύτερη μορφή αξιοποίησης του μεγέθους αποτελεί και η εκτίμηση-διόρθωση μεγάλων αποκλίσεων στη συχνότητα του φορέα κάνοντας χρήση προς επεξεργασία παραγόμενων, από το συγκεκριμένο βρόχο, σημάτων. Τα σήματα αυτά σχετίζονται με την είσοδο και την έξοδο του προσαρμοσμένου φίλτρου του βρόχου STR. Ο έλεγχος της απόκλισης στη συχνότητα του φορέα στο συγκεκριμένο σημείο επεξεργασίας των ψηφιακών δεκτών κάτω από συγκεκριμένα όρια, είναι ιδιαίτερα κρίσιμος καθώς επηρεάζει σημαντικά την απόδοση και αποτελεσματικότητα των ακόλουθων βαθμίδων συγχρονισμού. Στο τελικό στάδιό της, η διατριβή αναλύει και παρουσιάζει την υλοποίηση ενός πλήρους αποδιαμορφωτή SDR τεχνολογίας DVB-S2 σε πλατφόρμα επαναπρογραμματιζόμενης λογικής που συνδυάζει κυκλώματα υλικού και λογισμικού (FPGA, DSP). O αποδιαμορφωτής υποστηρίζει τα διαγράμματα μονού (QPSK/8PSK), διπλού (16APSK) και τριπλού (32APSK) δακτυλίου, ενώ αποτελεί τμήμα ενός συνολικού δέκτη DVB-S2 που υλοποιεί όλες τις λειτουργίες, από τη διαχείριση του σήματος εισόδου ΙF μέχρι την προώθηση της ανακτώμενης ψηφιακής πληροφορίας σε τοπικό δίκτυο GbE-LAN. Στην υλοποίηση του αποδιαμορφωτή περιλαμβάνεται η υλοποίηση σε κύκλωμα FPGA του προτεινόμενου υποβιβαστή συχνότητας IF, η υλοποίηση σε DSP του βρόχου STR (βάσει του ανιχνευτή Gardner) και όλων των υπόλοιπων μηχανισμών συγχρονισμού που είναι απαραίτητοι για τη σωστή αποδιαμόρφωση του σήματος εισόδου. Οι μηχανισμοί αυτοί είναι: συγχρονισμός πλαισίου, συγχρονισμός συχνότητας και φάσης φορέα καθώς και κανονικοποίηση πλάτους πριν την αντιστοίχιση των bits. Επίσης δίνονται πληροφορίες για την υλοποίηση των μηχανισμών αντιστοίχισης (Demapping), διόρθωσης σφαλμάτων (FEC - LDPC/BCH) καθώς και του μηχανισμού διαχείρισης και προώθησης (BBFRAME Processing) της ανακτώμενης πληροφορίας προς τη διεπαφή τοπικού δικτύου του δέκτη DVB-S2. / The objective of this thesis is the analysis and study of the synchronization mechanisms performed by digital satellite terminal receivers when multiple ring constellation diagrams are used. The aim of this thesis is to develop new synchronization techniques that exhibit improved performance and to also propose new methods and ways for evaluating the effectiveness of such receiver submodules. The new trends in the field of digital communications systems and, especially, in modulation and error coding techniques, along with the increasing demand for more effective and interactive applications and services through limited satellite links, have initiated the development of new satellite communications standards. The newest standard is DVB-S2, by the European Space Agency (ESA), in which modern and up-to-date techniques for the design of satellite terminal receiver are required. Meanwhile, the Software Defined Radio (SDR) technology comprises a promising implementation approach as it incorporates the necessary flexibility and versatility for supporting various functionalities and rates into modern receiver structures. Synchronization functions of satellite receivers are complicated and demanding procedures that are related to the estimation of transmission parameters, which correspond to the nominal symbol rate, carrier frequency, phase and to the boundaries of the physical layer frames. These functions determine the complexity and performance of receiver realizations. Thus developing more efficient and simple, in terms of implementation complexity, algorithms and mechanisms is a key objective in such processing platforms. A significant problem that was encountered during the research for the present thesis, was the design and implementation of an efficient digital IF down-converter architecture that is able to manipulate the input IF signal of an SDR receiver through proper processing of its digital input sample stream. The objective of this unit is the shifting of the IF input signal to baseband and the generation of the corresponding baseband I, Q signals. A usual limitation in such realizations is the maximum sampling frequency of front-end ADC circuits. The presented solution addresses this constraint with an architecture that is based on two cascaded units of frequency down-conversion, one with fixed and one with programmable frequency. The programmable unit is driven by the frequency offset estimations of a following baseband processing stage. The advantage of this architecture is the double precision that is achieved compared to the typical approach and for a given sampling frequency. It is worth mentioning that the frequency converter is intended for use in SDR receivers utilizing ADC circuits of moderate sampling frequency. Additionally, in the framework of this thesis, the Symbol Timing Recovery (STR) mechanism based on a second order feedback loop driven by the signal of a timing error detector (TED), was studied and analyzed. The fundamental characteristics of such a control loop, mainly the duration and quality of the initial acquisition are defined through the gain value of the two paths included into the first order loop filter (Proportional-Integral, P-I). This structure comprises a usual approach for communications applications. Conforming to this general analysis for the configuration and the design of the feedback loop, the thesis focuses on the feedback loop incorporating the Non-Data-Aided (NDA) Gardner TED. Using the above analysis and due to the fact that multiple ring constellation diagrams exhibit insufficient performance in such closed loops in comparison to the single ring counterparts of the same mean energy, this thesis proposes a modification of the typical loop deploying the Gardner TED that improves its performance. The increased variance of the input signal of the TED that stems from the changes of symbols with variable magnitude comprises the main reason for the increased variance during the tracking of the timing error in such loop structures. The proposed approach is based on the insertion of a subunit inside the loop structure that adjusts the symbol magnitudes of all rings to a reference magnitude before they are fed into the Gardner TED logic. The above subunit makes use of the internally generated clock of the loop in order to control the magnitude of specific signal samples and does not affect the sample stream at the matched filter input. The application of the specific subunit has the advantage of minimizing the noise during the tracking operation of the loop, which leads to the decrease of the standard deviation of the estimation error when compared to the typical loop structure. The performance of synchronization mechanisms is usually evaluated based on internal parameters that are strongly related to the utilized architecture, the estimated parameter and the operational status of the specific mechanism. The present thesis exploits the use of multiple ring constellation diagrams in modulation process and proposes a generic and new `figure of merit' that is able to determine the performance of various synchronization mechanisms that are incorporated into multiple ring constellation (M-APSK) receivers. A significant advantage of this metric is that it solely based on the processing of the signal at the mechanism's output (extracted symbol values) which enables the utilization of this metric in the presence of frequency, phase and symbol rate offset errors. Another advantage of the proposed metric is that it does not require any knowledge on the transmitted symbols, in contrast to other widely used performance metrics that are applied at the demodulator output, such as the Error Vector Magnitude (EVM) e.t.c. The mathematical analysis of the mean value of the metric under additive white Gaussian noise (AWGN) that is exhibited in this document, includes the theoretical and practical cases. In the first, the receiver is aware of the ring derivation of received symbols, whereas in the second case this information is absent and the receiver determines the metric according to the nearest ring for each symbol. The second case corresponds to realistic receiver realizations. As is shown, in both cases there is a fixed relation between the proposed metric and the commonly used performance metric ratio Es/No for AWGN channels. According to the characteristics described above, the proposed metric can be utilized for the estimation of channel condition under additive white Gaussian noise. This is accomplished through the processing of the STR output signal (symbol values) which usually comprises the first synchronization mechanism in digital satellite terminal receivers. It is worth mentioning that the channel estimation is feasible even under significant carrier frequency offset errors. The significance of the above process is related to the fact that this estimation can be exploited by the following synchronization subunits (of carrier frequency and phase) of the receiver in order to properly adjust and make their operations faster. A second application of the proposed metric is the recovery of large frequency offset errors by processing the signal at the input and the output of the matched filter of the previously mentioned STR structure. The control of frequency offset errors at such point of the receiver processing chain under specific limits, is critical as it strongly affects the performance and efficiency of the following synchronization mechanisms. Finally, this thesis analyzes and presents the implementation of a complete SDR IF demodulator that is compliant to DVB-S2 technology and is based on a reconfigurable hardware platform. This platform incorporates hardware (FPGA) and software (DSP) circuits in a unified environment. The IF demodulator supports single (QPSK/8PSK), two (16APSK) and three (32APSK) ring constellations and comprises a significant part of a full receiver implementation that includes all the necessary functions ranging from the manipulation of the input IF signal to the forwarding of the recovered user information to a Gigabit Ethernet (GbE) LAN. In addition, the IF demodulator implementation includes the hardware realization of the IF digital down-converter into an FPGA device and the software realization of the remaining synchronization procedures starting from the STR into the available DSP processors of the reconfigurable platform. The other necessary procedures for the proper demodulation of the input signal, are: frame synchronization, carrier frequency/phase recovery and amplitude normalization. Furthermore, information is also given on the implementation of the corresponding demapping, error correction and LAN interfacing procedures that are performed in the following processing stages of the DVB-S2 receiver.

Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται το πρόβλημα της αποτελεσματικής σχεδίασης ιστοτόπων που υποστηρίζουν την εύχρηστη διαδραστική αναζήτηση. Με τον όρο διαδραστική αναζήτηση περιγράφεται η διερευνητική αλληλεπίδραση ενός χρήστη με έναν ιστότοπο, με στόχο την εύρεση πληροφορίας στο πλαίσιο μίας εργασίας του, χωρίς τη χρήση διαδικτυακών μηχανών αναζήτησης. Η διατριβή εντάσσεται στην περιοχή της ευχρηστίας του Διαδικτύου και γενικότερα της μελέτης αλληλεπίδρασης ανθρώπου-υπολογιστή και ειδικότερα αλληλεπίδρασης χρηστών με πληροφορία. Ένας ιστότοπος είναι συχνά, όχι μόνο μια εφαρμογή με την οποία αλληλεπιδρά ο χρήστης αλλά και ένας πληροφοριακός χώρος, του οποίου η κατάλληλη δόμηση και διασύνδεση του περιεχομένου επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό την ευχρηστία του. Συνεπώς, η ανάπτυξη μεθοδολογιών για τον επιτυχή σχεδιασμό της πληροφοριακής αρχιτεκτονικής (information architecture) ενός ιστοτόπου παραμένει μία σημαντική σχεδιαστική πρόκληση. Η διατριβή προτείνει μία νέα μεθοδολογία σχεδιασμού και αξιολόγησης της πληροφοριακής αρχιτεκτονικής ιστοτόπων, τη MEDIAMIS (Methodology for the Efficient Design of Information Architectures based on Models of Interactive Search). Η συνεισφορά της έγκειται στο γεγονός ότι βελτιστοποιεί και συστηματοποιεί τη διαδικασία σχεδιασμού ή αξιολόγησης. Η MEDIAMIS είναι εμπνευσμένη από εδραιωμένες χρηστοκεντρικές τεχνικές και πρόσφατα μοντέλα της συμπεριφοράς των ανθρώπων κατά τη διαδραστική αναζήτηση. Η μεθοδολογία απευθύνεται σε μηχανικούς του Διαδικτύου και αποσκοπεί στη δημιουργία ιστοτόπων που υποστηρίζουν την εύχρηστη διαδραστική αναζήτηση από τους χρήστες τους. Προκειμένου να υποστηριχθεί η MEDIAMIS αναπτύχθηκαν δύο πρωτότυπα εργαλεία, το AutoCardSorter (Automated Card Sorting Tool) και το ISEtool (InfoScent Evaluator Tool). Το πρώτο υποστηρίζει τη διαδικασία δόμησης του περιεχομένου ενός ιστοτόπου, ενώ το δεύτερο τη δημιουργία σημασιολογικά κατάλληλων λεκτικών περιγραφών για τους υπερσυνδέσμους ενός ιστοτόπου. Τέλος, στο πλαίσιο της διατριβής, εξετάζεται η εγκυρότητα και αποδοτικότητα της MEDIAMIS και των υποστηρικτικών εργαλείων, μέσα από έξι πειραματικές μελέτες. Στις μελέτες αυτές συγκρίθηκαν εκτενώς τα αποτελέσματα της προτεινόμενης προσέγγισης με αυτά καθιερωμένων χρηστοκεντρικών τεχνικών και μετρικών της παρατηρούμενης συμπεριφοράς των χρηστών. Τα συμπεράσματα των μελετών έδειξαν ότι η MEDIAMIS παράγει αποτελέσματα εφάμιλλης ποιότητας με εδραιωμένες χρηστοκεντρικές τεχνικές, αλλά με σημαντικά αποδοτικότερο τρόπο. / This thesis addresses the problem of effective design of websites that enhance findability of information during interactive search. The term interactive search is used to describe the exploratory, goal−directed browsing activity of a user, while seeking information in a website. Seeking information using a search engine is not an object of study in this thesis. The thesis falls into the field of human computer interaction, and the subfields of Web usability and human information interaction. A website should be treated both as a user interface as well as a hypertext information space, whose structural design has a significant influence on intuitive access to content, task completion and overall user experience. In today’s information explosion, one of the biggest challenges in web design is the effective design of its information architecture. The latter constitutes the research objective of this thesis. The thesis proposes a new methodology to design and evaluate the information architecture of websites, the MEDIAMIS (Methodology for the Efficient Design of Information Architectures based on Models of Interactive Search). The contribution of the proposed approach is that is optimizes and systemizes the information architecture design or evaluation process. MEDIAMIS is inspired by established user-centered techniques and recent cognitive models of user’s interactive search behavior. MEDIAMIS is addressed to Web practitioners and deals with the design or evaluation of a website’s information structure and labeling system. In the context of the proposed methodology, two innovative tools have been developed. The first tool, AutoCardSorter (Automated Card Sorting Tool), supports the structural design of a website. The second tool, ISEtool (InfoScent Evaluator Tool), facilitates the production of semantically appropriate hyperlink labels for the typical goals of a website. The applicability of the proposed methodology and the effectiveness and efficiency of the associated tools were examined through six experimental studies. These studies compared both quantitavely and qualitatively the results of the proposed methodology against the ones derived from established user-centered design approaches, such as card sorting, and against observed and subjective user data. It was found that the proposed methodology lead to a substantial efficiency gain, without expense in the quality of results.