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.

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

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

Οι εφαρμογές παγκόσμιου ιστού προσφέρουν ολοένα και περισσότερες, με υψηλό βαθμό πολυπλοκότητας υπηρεσίες, σε σχέση με τους πρώτους ιστότοπους που χρησιμοποιούνταν απλά και μόνο για την προβολή πληροφοριών. Λόγω της ολοένα αυξανόμενης πολυπλοκότητας των εφαρμογών αυτών, ο σχεδιασμός, η ανάπτυξη κι η συντηρησιμότητα μιας εφαρμογής παγκόσμιου ιστού προβάλλει ως μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που καλείται να αντιμετωπίσει ο σχεδιαστής της. Η ερευνητική κοινότητα προκειμένου να αντιμετωπίσει την αυξανόμενη πολυπλοκότητα του σχεδιασμού εφαρμογών παγκόσμιου ιστού έχει προτείνει ένα πλήθος προσεγγίσεων και μεθόδων βασισμένων σε μοντέλα. Η δουλειά του σχεδιαστή εφαρμογών παγκόσμιου ιστού μπορεί να απλοποιηθεί ακόμα περισσότερο με την επαναχρησιμοποίηση της εμπειρίας άλλων σχεδιαστών εφαρμογών παγκόσμιου ιστού. Η επαναχρησιμοποίηση της εμπειρίας αυτής γίνεται με χρήση σχεδιαστικών προτύπων που ορίζονται από πεπειραμένους σχεδιαστές. Αν κατά το σχεδιασμό μιας εφαρμογής χρησιμοποιηθεί κάποια μέθοδος μοντελοποίησης σε συνδυασμό με ένα σύνολο σχεδιαστικών προτύπων, η τελική εφαρμογή θα είναι πιο αποδοτική και ποιοτική. Πολλές φορές όμως, κατά το σχεδιασμό και την ανάπτυξη μιας εφαρμογής παγκόσμιου ιστού δε λαμβάνεται υπόψη κάποια συγκεκριμένη μεθοδολογία μοντελοποίησης και ανάπτυξης. Ένα πλήθος μεθόδων αντίστροφης μηχανίκευσης έχει αναπτυχθεί για την ανάλυση, κατανόηση και μοντελοποίηση των αρχιτεκτονικών τέτοιου είδους εφαρμογών. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας μελετούνται οι μέθοδοι μοντελοποίησης που έχουν προταθεί από την ερευνητική κοινότητα, τα σχεδιαστικά πρότυπα που έχουν οριστεί καθώς και οι μέθοδοι και οι διαδικασίες αντίστροφης μηχανίκευσης που έχουν αναπτυχθεί. Επιπλέον προτείνεται μία μέθοδος αυτόματου εντοπισμού σχεδιαστικών λύσεων στο εννοιολογικό μοντέλο μιας εφαρμογής και μία μέθοδος αντίστροφης μηχανίκευσης με στόχο τη μοντελοποίηση της εφαρμογής. Αναλυτικά, η παρούσα διπλωματική εργασία είναι δομημένη ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο παραθέτονται τα οφέλη χρήσης μοντέλων κατά το σχεδιασμό εφαρμογών παγκόσμιου ιστού, καθώς και οι βασικές απαιτήσεις που θα πρέπει να ικανοποιούν οι μέθοδοι μοντελοποίησης για την πληρέστερη μοντελοποίηση των χαρακτηριστικών των εφαρμογών παγκόσμιου ιστού. Επιπλέον, γίνεται επισκόπηση και παρουσίαση των κυριότερων μεθόδων μοντελοποίησης που έχουν προταθεί από την ερευνητική κοινότητα. Ιδιαίτερη βαρύτητα δίνεται στην παρουσίαση της γλώσσας μοντελοποίησης WebML, γιατί αποτελεί την γλώσσα μοντελοποίησης με βάση την οποία αναπτύχθηκαν οι μέθοδοι που προτείνονται στα κεφάλαια 3 και 4. Τέλος, στο κεφάλαιο αυτό γίνεται σύγκριση των προτεινόμενων μεθόδων μοντελοποίησης. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα οφέλη χρήσης σχεδιαστικών προτύπων τόσο από άπειρους όσο και από έμπειρους σχεδιαστές και δίνεται ένας επίσημος ορισμός των σχεδιαστικών προτύπων για τον παγκόσμιο ιστό. Επιπλέον, στα πλαίσια του κεφαλαίου αυτού γίνεται παρουσίαση των προτύπων δημοσίευσης και διαχείρισης περιεχομένου που έχουν οριστεί στη WebML. Για το σχεδιασμό πολύπλοκων εφαρμογών παγκόσμιου ιστού, ναι μεν το είδος επαναχρησιμοποίησης που προσφέρουν τα σχεδιαστικά πρότυπα παγκόσμιου ιστού είναι πολύτιμα, εν τούτοις απαιτείται η επαναχρησιμοποίηση όσο το δυνατόν μεγαλύτερων σχεδιαστικών δομών. Για το λόγο αυτό γίνεται αναφορά και παρουσίαση της επαναχρησιμοποίησης που υποστηρίζεται από τη χρήση σχεδιαστικών πλαισίων ανάπτυξης εφαρμογών παγκόσμιου ιστού. Στο τρίτο κεφάλαιο προτείνεται μία μέθοδος ανάκτησης αποδοτικών σχεδιαστικών λύσεων και σχεδιαστικών προτύπων μέσα στο εννοιολογικό σχήμα-μοντέλο μίας ή περισσότερων εφαρμογών παγκόσμιου ιστού. Η συγκεκριμένη μεθοδολογική προσέγγιση, αν εφαρμοστεί σε εννοιολογικά σχήματα πολλών εφαρμογών μίας συγκεκριμένης κατηγορίας, μπορεί να οδηγήσει στον προσδιορισμό πλαισίων ανάπτυξης εφαρμογών για τον αποδοτικό σχεδιασμό εφαρμογών της συγκεκριμένης αυτής κατηγορίας, ή ακόμα και στον αυτόματο εντοπισμό σχεδιαστικών προτύπων. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται ο ερευνητικός χώρος της αντίστροφης μηχανίκευσης, τα συστατικά που αποτελούν μία εφαρμογή παγκόσμιου ιστού, καθώς και ο τύπος της πληροφορίας που απαιτείται να εξαχθεί από μία διαδικασία αντίστροφης μηχανίκευσης, έτσι ώστε να γίνει κατανοητή και αντιληπτή η αρχιτεκτονική μιας τέτοιας εφαρμογής. Προτείνεται επίσης μια μέθοδος αντίστροφης μηχανίκευσης εφαρμογών παγκόσμιου ιστού, με στόχο τη μοντελοποίησή τους με χρήση της WebML και παρουσιάζεται το εργαλείο που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας, για να υποστηρίξει την προτεινόμενη μέθοδο. Η εφαρμογή του σε μία εφαρμογή προβολής περιεχομένου έδωσε ενθαρρυντικά αποτελέσματα όσον αφορά τη λειτουργικότητα και την αποτελεσματικότητα της μεθόδου. / Web Applications provide many services and they are not used just to display content, as it was the case for the first web sites. Due to the growing complexity, the design, development and maintenance of these aplications has become one of the major challenges that the developer has to face. In an attempt to face this growing complexity, the research community has proposed a number of model based approaches and methods. The task of the hypertext architect may be further facilitated by reusing the experience of other hypertext architects. This reuse is achieved by means of design patterns that have been defined by experts. If, we make use of a modelling method in combination with design patterns when designing a web application, the final result will be more efficient and qualitative. Usually, due to the pressing market demands, the modeling methods or techniques are not applied during the degin and development of the web applications. A number of reverse engineering methods and tools have been proposed in order to analyse, comprehend and model the architectures of such applications. In this thesis, we study the various modelling methods that have been proposed, as well as the design paterns that have been defined and the reverse engineering methods that have been developed. Furthermore, we propose a method to automatically detect design solutions at the conceptual schema of a web application and a reverse engineering method in order to model an existing web application. Analytically, this master thesis is being structured in the following chapters: The first chapter presents the benefits of using models when designing web applications, as well as the requirements that a web application must satisfy in order to be able to model the features of the web applications. The main modelling methods, that have been proposed by the research community, are also presented. The Web modelling language (WebML) is extensively presented as it constitutes the model language with which the methods that we suggest in chapters 3 and 4 have been developed. In the end of this chapter, we make a comparison of the proposed modelling methods. In the second chapter we present the benefits gained when using design patterns by non-experienced as well by experienced developers. Moreover, we present the patterns that have been defined in WebML. Though the kind of reuse provided by patterns is valuable when designing web applications, complex web applications need a way to maximize reuse of larger design structures. For this reason, we also present the kind of reuse that is provided by using web application frameworks. In the third chapter we propose a methodology for retrieving effective design solutions, or even more design patterns, within the conceptual schema of one or more web applications. This approach, if applied to a large number of applications of the same domain, may lead to the identification of templates for specific domain Web application frameworks and to the discovery of new design patterns. The fourth and last chapter of this thesis focuses on reverse engineering. We present the work that has been done in the domain of reverse engineering, the components of a web application, and the type of information that should be retrieved by a reverse engineering approach in order to comprehend the architecture of the web application. We also suggest a reverse engineering method in order to model an existing web application using WebML. The tool that was implemented in order to support this method is also presented. Applying this method in a content management application gave us good results as far as its functionality and its effectiveness are concerned.