Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει το πρόβλημα της εξάντλησης των IPv4 διευθύνσεων καθώς και τη διαδικασία μετάβαση στο IPv6. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τεχνολογίες και τεχνικές που έχουν προταθεί σε διεθνή forum για την μετάβαση από IPv4 σε IPv6 και αφορούν MPLS δίκτυα telecom provider. Στο 5ο κεφάλαιο δημιουργείται ένα περιβάλλον εξομοίωσης δικτυακών συσκευών και προσομοιώνονται βέλτιστες πρακτικές. Πολλοί providers έχουν επενδύσει τα τελευταία χρόνια στην εγκατάσταση IPv4-MPLS για τα δίκτυα κορμού τους. Από μια τέτοια μακροχρόνια επένδυση είναι λογικό μία επιχείρηση να περιμένει οφέλη. Η υποστήριξη IPv6 πάνω από το ήδη υπάρχον IPv4-MPLS θα απέδιδε τα μέγιστα οφέλη για μια τέτοια επιχείρηση. Έτσι μια τέτοια μετάβαση αποτελεί στρατηγική κίνηση που ουσιαστικά σκοπεύει στην αύξηση των κερδών του καθώς και την προετοιμασία του για το μέλλον. / This thesis aims to present the issue of constantly-decreasing available IPv4 addresses as well as the related transition process to IPv6, before the fully elimination of IPv4. More specifically, in this thesis there will be presented technologies and techniques which have been recommended in several international forums in relation to transition from IPv4 to IPv6 and which concern the MPLS networks for telecom providers. In the fifth chapter, an emulation environment for network devices will be “created”, through which some of the most appropriate transition implementation practices will be simulated. During the last years several providers have invested in installing IPv4-MPLS for their core networks. From such a long-term investment is sensible that one business expects profits. According to Chapter 5, the transition to IPv6 in conjunction with the full utilization of existing IPv4-MPLS equipment would have significant benefits for any business decided to proceed with this option. In particular, such a transition (from IPv4 to IPv6) could be part of a business strategy since not only contributes to the technological upgrading of a company’s systems and the production of more reliable services, but also to create synergies and economies of scale.

Ο στόχος αυτής της εργασίας είναι η μελέτη κάποιων μαθηματικών μεθόδων για τη μοντελοποίηση σε μπλοκ δικτύων με βάρη -- όπως μελετήθηκαν στην διδακτορική διατριβή του Ziberna (2007). Στο μεγαλύτερό τους μέρος, οι μέθοδοι της μοντελοποίησης σε μπλοκ είχαν αναπτυχθεί αρχικά μόνο για δυαδικά και προσημασμένα δίκτυα κυρίως από τους Doreian et al. (2005). Στην διατριβή του Ziberna (2007) συζητήθηκαν και αξιολογήθηκαν οι υπάρχουσες προσεγγίσεις και επεκτάθηκαν για την μοντελοποίηση σε μπλοκ δικτύων με βάρη. Για τις έμμεσες προσέγγισεις, σύμφωνα με τον γνωστό ορισμό της κανονικής ισοδυναμίας, ο Ziberna πρότεινε κάποιες σχετικές τροποποιήσεις. Αυτό έγινε επίσης με στόχο να βρεθούν οι καλύτερες μέθοδοι για τη μοντελοποίηση σε μπλοκ διαφορετικών τύπων δικτύων με βάρη και για την αναζήτηση των βέλτιστων λύσεων, που έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά (σύμφωνα με τους χρησιμοποιούμενους διαφορετικούς τύπους ισοδυναμίας, όπως θα δούμε στο Κεφάλαιο 2). Η μοντελοποίηση σε μπλοκ των δικτύων αποτελεί μέρος της ανάλυσης κοινωνικών δικτύων (Wasserman και Faust, 1994), που είναι περιοχή της Μαθηματικής Κοινωνιολογίας. Στη θεωρία αυτή, μια σύντομη ανασκόπηση της οποίας θα δώσουμε στο Κεφάλαιο 1, ένα (κοινωνικό) δίκτυο είναι ένα σύνολο μονάδων, οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους με μια ή περισσότερες σχέσεις, που ορίζονται σε αυτές. Η μοντελοποίηση σε μπλοκ (κοινωνικών) δικτύων είναι μια μέθοδος για τη διαμέριση (ή ομαδοποίηση - clustering) των μονάδων ενός δικτύου και για τον προσδιορισμό της δομής των αθροιστικών σχέσεων μεταξύ των ομάδων, που σχηματίζονται από τις ομαδοποιημένες (διαμερισμένες) μονάδες. Έτσι, η μοντελοποίηση σε μπλοκ αναζητεί ομάδες ισοδύναμων μονάδων με βάση κάποια συγκεκριμένη έννοια ισοδυναμίας. Όπως παρατηρεί ο Doreian (1988), ``η ισοδυναμία έχει γίνει μια θεμελιώδης έννοια της ανάλυσης κοινωνικών δικτύων". Οι δύο ευρύτερα χρησιμοποιούμενες έννοιες ισοδυναμίας είναι η δομική και η κανονική ισοδυναμία. Για τους σκοπούς της παρούσας εργασίας, όπως θα δούμε στο Κεφάλαιο 2, οι μέθοδοι της μοντελοποίησης σε μπλοκ διαιρούνται στις έμμεσες και τις άμεσες προσεγγίσεις. Οι έμμεσες προσεγγίσεις υπολογίζουν αρχικά κάποιο μέτρο ομοιότητας ή ανομοιότητας μεταξύ των μονάδων ενός δικτύου με βάση ένα επιλεγμένο μέτρο ισοδυναμίας και χρησιμοποιούν έπειτα μια από τις κλασσικές τεχνικές ομαδοποίησης, για να προσδιορίσουν τις ομάδες των μονάδων. Από την άλλη μεριά, οι άμεσες προσεγγίσεις αναζητούν άμεσα μια διαμέριση, η οποία ταιριάζει καλύτερα στην επιλεγμένη ισοδυναμία και η οποία μετράται σύμφωνα με μια επιλεγμένη συνάρτηση κριτηρίου (Batagelj, 1992). Η μέθοδος της γενικευμένης μοντελοποίησης σε μπλοκ βασίζεται στην άμεση προσέγγιση. Όταν συγκρίνεται με άλλες άμεσες προσεγγίσεις, η κύρια δύναμή της είναι η προσαρμοστικότητά της. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να πραγματοποιήσει κάποια μοντελοποίηση σε μπλοκ σύμφωνα με διαφορετικούς τύπους ισοδυναμίας, συμπεριλαμβανομένης και της γενικευμένης ισοδυναμίας. Η γενικευμένη ισοδυναμία δεν είναι ένας συγκεκριμένος τύπος ισοδυναμίας, αλλά περισσότερο μια έννοια για την κατασκευή ``ειδικών" ισοδυναμιών. Ορίζεται σύμφωνα με έναν προηγούμενο καθορισμό των επιτρεπόμενων τύπων συνδέσεων μεταξύ των ομάδων και μεταξύ μονάδων μέσα στις ομάδες. Πάντως, ενώ η γενικευμένη μοντελοποίηση σε μπλοκ αρχικά είχε αναπτυχθεί για δυαδικά και προσημασμένα δίκτυα, ο Ziberna (2007) ήταν ο πρώτος που την μελέτησε για δίκτυα με βάρη. Για το σκοπό αυτό, ο Ziberna εισήγαγε κάποιους νέους τύπους μπλοκ, που είναι κατάλληλοι για δίκτυα με βάρη. Τα κοινά χαρακτηριστικά όλων των προσεγγίσεων γενικευμένης μοντελοποίησης σε μπλοκ, εκτός από την κοινή βασική συνάρτηση κριτηρίου, περιλαμβάνουν την δυνατότητα προσδιορισμού της επιθυμητής λύσης είτε μέσω ενός τύπου ισοδυναμίας (που στη συνέχεια μεταφράζεται στους επιτρεπόμενους τύπους μπλοκ) ή μέσω κάποιας γενικευμένης ισοδυναμίας (η οποία ορίζεται άμεσα από τους επιτρεπόμενους τύπους μπλοκ ή, ακόμα ακριβέστερα, από το επιθυμητό μοντέλο των μπλοκ). Μια τέτοια έννοια ισοδυναμίας είναι η f-κανονική ισοδυναμία για δίκτυα με βάρη, η οποία αντιστοιχεί στην κανονική ισοδυναμία για τα δυαδικά ή προσημασμένα δίκτυα. Επιπλέον, θα μελετήσουμε στην εργασία αυτή κάποιους αλγόριθμους, που υλοποιούν τους υπολογισμούς για συγκεκριμένες μεθόδους μοντελοποίησης σε μπλοκ. Έτσι, για τις έμμεσες προσεγγίσεις, θα χρησιμοποιήσουμε τους αλγόριθμους REGE για τον υπολογισμό των ομοιοτήτων ή ανομοιοτήτων κάτω από συνθήκες κανονικής ισοδυναμίας. Στο Κεφάλαιο 3, όπου βρίσκεται ο πυρήνας της εργασίας, αναπτύσσονται οι μέθοδοι της γενικευμένης μοντελοποίησης σε μπλοκ δικτύων με βάρη. Αυτές οι προσεγγίσεις είναι οι εξής: η μοντελοποίηση σε μπλοκ με βάρη, η ομοιογενής μοντελοποίηση σε μπλοκ και η πεπλεγμένη μοντελοποίηση σε μπλοκ. Επιπλέον, ακολουθώντας τον Ziberna (2007), οι ιδέες των Batagelj και Ferligoj (2000) συζητώνται και αναπτύσσονται περαιτέρω για την περίπτωση της πεπλεγμένης μοντελοποίησης σε μπλοκ. Για να ενσωματώσει τις προτάσεις του για διάφορους τύπους μοντελοποίησης δικτύων με βάρη, ο Ziberna (2007) έχει αναπτύξει ένα σχετικό υπολογιστικό πακέτο, το blockmodeling, το οποίο είναι δομημένο πάνω στο προγραμματιστικό περιβάλλον R (R Development Core Team 2006). Αυτό θα παρουσιαστεί και θα συζητηθεί στο τέλος του Κεφαλαίου 3. Τέλος, στο Κεφάλαιο 4, θα εφαρμόσουμε τις μεθόδους της μοντελοποίησης σε μπλοκ σε διάφορα εμπειρικά και τεχνητά παραδείγματα. Ακόμα, στα παραδείγματα αυτά, οι προτεινόμενες προσεγγίσεις θα συγκριθούν ως προς τα θεωρητικά χαρακτηριστικά τους και την απόδοσή τους. / The aim of my work is to study and test approaches to the generalized blockmodeling of valued networks since so far the generalized blockmodeling approach has only been developed for binary and signed networks by Doreian et al. (2005). In addition, existing approaches that could be used for the blockmodeling of valued networks are discussed and evaluated. This is done with the aim to find the best methods or approaches for the blockmodeling of different types of valued networks1 in the search for optimal solutions with different characteristics. Generalized blockmodeling forms part of (social) network analysis. Simply put, a network is a set of units with one or more relations defined on them. Blockmodeling is a method for partitioning the units of a network and determining the pattern of relations among (obtained) clusters. Blockmodeling seeks clusters of equivalent units based on some notion of equivalence. The two most widely used equivalences are structural and regular equivalence. For the purpose of this dissertation, one of the most important divisions of blockmodeling approaches is into indirect and direct approaches. Indirect approaches first compute some measure of similarity or dissimilarity among the units of a network based on a selected measure of equivalence and then use one of the classical clustering techniques to uncover clusters of units, while direct approaches directly search for a partition that best fits the selected equivalence as measured by a selected criterion function. Generalized blockmodeling is based on the direct approach. When compared to other direct approaches, its main strength is its adaptability. It can be used to perform blockmodeling according to different types of equivalences, including generalized equivalence. Generalized equivalence is not a specific type of equivalence but more of a concept for building ‘custom’ equivalences. It is defined by specifying allowed types of connections between and within clusters. However, up till now generalized blockmodeling has only been developed for binary and signed networks. Here new approaches, by Ziberna, to the generalized blockmodeling of valued networks are discussed. However, as they can still be regarded as approaches to generalized blockmodeling as presented by Doreian et al. (2005) the same type of criterion function can be used. The most important differences between the approaches to generalized blockmodeling presented by Doreian et al. (2005) and those developed here is that the approaches presented by Doreian et al. (2005) can be applied to binary and signed networks, while those presented here can be applied to valued networks. To achieve that, new block types appropriate for valued networks are introduced by Ziberna. The common characteristics of all approaches to generalized blockmodeling are, in addition to the common basic criterion function, their ability to specify the desired solution either by a type of equivalence (which is then translated into allowed block types) or by generalized equivalence. Generalized equivalence is defined directly by the allowed block types or even more precisely by the desired blockmodel. In addition to generalized blockmodeling, other approaches to blockmodeling are reviewed (indirect blockmodeling and other direct approaches). For one family of algorithms that falls into the category of indirect approaches, the REGE algorithms for computing (dis)similarities in terms of regular equivalence, some modified versions are also presented. They and some other approaches are then tested on several empirical and constructed examples. The proposed approaches are compared based on their theoretical characteristics and their performance in the examples.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποσκοπεί στη μελέτη και την εκπαίδευση των Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων με τη βοήθεια γνωστών μεθόδων, όπως τη μέθοδο όπισθεν διάδοσης σφάλματος (back-propagation), τη μέθοδο adaptive back-propagation, τη momentum back-propagtion και την resilient propagation (RPROP) και τη σύγκριση αυτών. Κατά τη διάρκεια αυτή της εργασίας παρουσιάσαμε τις βασικές αρχιτεκτονικές των Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων και τις διάφορες μεθόδους εκπαίδευσης τους. Μελετήσαμε τις τεχνικές βελτιστοποίησης απόδοσης ενός δικτύου με τη χρήση αλγορίθμων και περιγράψαμε τη γνωστή μέθοδο όπισθεν διάδοσης σφάλματος (back-propagation) αλλά και παραλλαγές αυτής. Τέλος, δώσαμε τα πειραματικά αποτελέσματα από την εκπαίδευση των Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων, με τη βοήθεια των παραπάνω αλγορίθμων, σε πολύ γνωστά και ευρέως χρησιμοποιημένα χαρακτηριστικά προβλήματα πραγματικού κόσμου. / The purpose of this thesis is to study and train Artificial Neural Networks with the help of well-known methods, such as the back-propagation method, the adaptive back-propagation method, the momentum back-propagation method and the resilient propagation (RPROP) method, and also to implement a comparison between them. During this project we introduced the basic architectures of Artificial Neural Networks and the various methods for their training. We studied the techniques for optimizing the performance of a network with the use of algorithms and described the well-known back-propagation method but also her variations. Finally, we gave the experimental results from the training of the Neural Networks, with the help of the previous mentioned algorithms, in widely known and commonly used characteristical problems of the real world.

Τα δίκτυα αισθητήρων είναι μια εξειδικευμένη κατηγορία κατανεμημένων δικτύων, η οποία τα τελευταία χρόνια έχει συγκεντρώσει το ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας, λόγω του ευρύτατου πεδίου εφαρμογών της. Τα δίκτυα αυτά αποτελούνται από συσκευές που διαθέτουν αισθητήρες (sensors) και ενδεχομένως μηχανισμούς δράσης (actuators) και είναι διασκορπισμένες στο χώρο, με δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ τους και επεξεργασίας σε ένα βαθμό της πληροφορίας που διακινούν στο δίκτυο. Στόχος των δικτύων αυτών είναι η παρακολούθηση της εξέλιξης ενός φαινόμενου, ή η ανίχνευση περιβαλλοντικών συνθηκών και η αποστολή των δεδομένων που συλλέγονται σε έναν κεντρικό κόμβο, το κέντρο ελέγχου. Οι δυνατότητες των συσκευών είναι κατά κανόνα περιορισμένες, λόγω του μικρού μεγέθους τους, του χαμηλού κόστους τους και ενίοτε του αναλώσιμου ρόλου τους. Οι εφαρμογές των δικτύων αυτών ποικίλουν, από εφαρμογές στην επιστήμη γεωργίας ακριβείας, στην πυρανίχνευση και την παρακολούθηση συνθηκών περιβάλλοντος σε κτιριακές εγκαταστάσεις, μέχρι εφαρμογές ανίχνευσης κίνησης των εχθρικών μονάδων σε πεδίο μάχης, ή παρακολούθησης φαινόμενου που εξελίσσεται σε δυσπρόσιτη περιοχή. Μερικές από τις βασικές προκλήσεις που προκύπτουν σε αυτά τα δίκτυα, λόγω της φύσης τους, είναι η βέλτιστη διαχείριση των ενεργειακών πόρων κάθε κόμβου, η αποδοτική συνδυαστική επεξεργασία των διακινούμενων μηνυμάτων και η αξιόπιστη δρομολόγηση της πληροφορίας που συλλέγεται προς το κέντρο ελέγχου, καθώς και η δυναμική και αυτόνομη οργάνωση του δικτύου. Η εξέλιξη των δικτύων αισθητήρων σε συνδυασμό με την επιθυμία υλοποίησης περίπλοκων και περισσότερο ολοκληρωμένων εφαρμογών, οδήγησε σε δίκτυα που περιέχουν ετερογενείς κόμβους, όπως για παράδειγμα κόμβους με διαφορετική αρχιτεκτονική, διαφορετικούς αισθητήρες, με διαφορετικές επεξεργαστικές και επικοινωνιακές ικανότητες ή και κόμβους με δυνατότητες κίνησης ή επιτέλεσης εργασιών (actuators) σε απόκριση εντολών που λαμβάνουν από το κέντρο ελέγχου. Επιπρόσθετα, σε πολλές εφαρμογές διαφαίνεται η ανάγκη για διασύνδεση πολλαπλών δικτύων αισθητήρων και διάδοση της πληροφορίας που συλλέγουν μέσω του διαδικτύου προς απομακρυσμένους εξυπηρετητές με αυξημένες επεξεργαστικές ικανότητες, προς βάσεις δεδομένων, συσκευές pda ή κινητά τηλέφωνα, σταθμούς εργασίας τελικών χρηστών και άλλες συσκευές. Δημιουργείται με αυτόν τον τρόπο ένα ευρύτερο ετερογενές δίκτυο επικάλυψης (overlay sensor network), η διαχείριση και αποδοτική χρήση του οποίου απαιτεί νέες αρχιτεκτονικές οργάνωσης των επιμέρους δικτύων, προσαρμοσμένα πρωτόκολλα διάδοσης πληροφορίας και πλατφόρμες που διευκολύνουν τον προγραμματισμό των δικτύων αυτών. Για το λόγο αυτό η επιστημονική κοινότητα επικεντρώνει το ενδιαφέρον της στο σχεδιασμό ειδικών περιβαλλόντων λογισμικού που μεσολαβούν ανάμεσα στον προγραμματιστή εφαρμογών και τα ετερογενή δίκτυα αισθητήρων, τα οποία ανήκουν στην κατηγορία των middleware. Τα περιβάλλοντα αυτά αναλαμβάνουν να διαχειριστούν θέματα χαμηλού επιπέδου ή και ανώτερων επιπέδων στα δίκτυα αισθητήρων, που δεν θα έπρεπε να απασχολούν τον προγραμματιστή κάθε φορά που επιθυμεί να υλοποιήσει μια εφαρμογή. Απώτερος σκοπός είναι να παρέχουν υπηρεσίες υψηλού επιπέδου και ομοιογενείς λογικές αφαιρέσεις πάνω στα ετερογενή δίκτυα, ενώ είναι επιθυμητή η αποδοτική λειτουργία τους σε παγκόσμια κλίμακα όπου πολλά γεωγραφικά διάσπαρτα δίκτυα συνεργάζονται για να παρέχουν τις υπηρεσίες τους με οργανωμένο και καλά ορισμένο τρόπο. Η δική μας συνεισφορά στην έρευνα του πεδίου αυτού, έγκειται πρώτα στη μελέτη ήδη διαθέσιμων προτάσεων middleware για τον προγραμματισμό και τη διασύνδεση πολλαπλών και ετερογενών δικτύων αισθητήρων, με σκοπό τον εντοπισμό των θεμάτων και προβλημάτων που αντιμετώπισαν κατά το σχεδιασμό τους, την ανάλυση της αρχιτεκτονικής τους και την αξιολόγηση της απόδοσής τους. Επιθυμώντας να δώσουμε τη δική μας πρόταση στο πεδίο των middleware για δίκτυα αισθητήρων και αξιοποιώντας τα συμπεράσματά μας από την μελέτη των άλλων προτάσεων, σχεδιάσαμε και υλοποιήσαμε το middleware σύστημα ShareSense II. Το σύστημα ShareSense II προέρχεται από τον επανασχεδιασμό τού αρχικού και απλούστερου ShareSense και ενσωματώνει το middleware jWebDust επεκτείνοντας κατά ένα τρόπο την αρχιτεκτονική του, ώστε να υποστηρίζει δίκτυα επικάλυψης (overlay sensor networks) μεγάλης κλίμακας. Η πλατφόρμα του ShareSense II σχεδιάστηκε για να παρέχει λογική αφαίρεση των δικτύων αισθητήρων, ώστε ο προγραμματιστής να μπορεί εύκολα να ρυθμίσει τις υπηρεσίες που παρέχει ένα δίκτυο επικάλυψης, να διαχειρίζεται τις λειτουργίες των επιμέρους δικτύων, να μπορεί να προγραμματίσει δυναμικά τη συμπεριφορά τους και να καθορίσει τον τρόπο παρουσίασης της χρήσιμης πληροφορίας που αποκομίζει από αυτά, στον τελικό χρήστη. Βασιζόμενοι στην ευέλικτη υποδομή των peer-to-peer δικτύων, προτείνουμε μια λύση για τη διασύνδεση πολλαπλών ετερογενών δικτύων αισθητήρων με συσκευές και σταθμούς εργασίας πάνω από το διαδίκτυο. Δώσαμε έμφαση στην επεκτασιμότητα της αρχιτεκτονικής ως προς τις υποστηριζόμενες υπηρεσίες και τύπους δικτύων, την αξιοποίηση και τη συνεργασία με υπάρχοντα middleware που διαχειρίζονται κάποια επιμέρους δίκτυα και την παροχή χρήσιμων διεπαφών για την εύκολη υλοποίηση πρακτικών εφαρμογών. Υλοποιήσαμε, τέλος, μια εφαρμογή η οποία στηρίζεται στην πλατφόρμα του ShareSense II για να τεκμηριώσουμε την επάρκεια της αρχιτεκτονικής του συστήματός μας και να εντοπίσουμε τα σημεία όπου απαιτείται βελτίωσή της. Η εφαρμογή χρησιμοποιεί το περιβάλλον του Google Earth για την παρακολούθηση των επιμέρους δικτύων που συμμετέχουν στο σύστημα, επιτρέποντας παράλληλα τη δυναμική υποβολή ερωτημάτων και την αντιστοίχιση των δικτύων σε τρισδιάστατα μοντέλα κτιρίων και άλλων περιοχών, ώστε να είναι άμεση και εύληπτη η παρουσίαση της πληροφορίας στον τελικό χρήστη. / Sensor networks are a special case of distributed networks, which in the recent years have become increasingly interesting to the scientific community, due to their wide range of applications. These networks are comprised of devices that have sensors attached to them and possibly even actuators, and are scattered in a field, being able to comminucate with each other and process -to a certain degree- information that they forward in the network. Among the goals of these networks are the monitoring of physical phenomena, the detection of special events or conditions and consequently the communication of the acquired information towards a control center. These devices usually have strict constraints on their capabilities due to their small size, their low production cost and quite often their expendable role. The applications of these networks vary, from applications in the precision agriculture field, fire detection and monitoring environmental conditions in buildings and offices, to applications for the detection of enemy units' movements in the battlefield or observing a physical phenomenon in a inaccessible location. Some of the important challeges that emerge for these networks are the optimal management of the power resources of each node, the efficient aggregation of the in-network messages and the reliable routing of information acquired towards the control center, as well as the autonomous and adaptive network operation. The evolution in the sensor netorks research in combination with the desire to implement even more sophisticated applications, has led to highly heterogeneous networks, where nodes belong to different architectures, they use various sensor models, and they have different processing and communicating capabilities. Additionally, in many applications there is the need to interconnect multiple sensor networks and to distribute the information collected locally towards remote servers, databases, pda devices or cell phones, workstations and other end user devices. Thus, a new type of networks, the overlay networks, emerges. The administration and effecient usage of these networks require new management architectures for the local networs, adaptive protocols for the distribution of information and new software platforms that simplify application programming. Following these developments, the scientific community has focused in designing middleware software for the sensor networks. Such software have the role of managing low level or intermediate level issues, that should not burden a programmer every time s/he needs to design and implement a new application. The main goal of middleware is to provide high level services and unified logical abstractions over heterogeneous sensor networks, and to perform well in a global scale where multiple geographically disparate networks cooperate to provide services in an organized and well defined manner. Our contribution to this field, is foremost to study the state of the art middleware projects for overlay sensor networks, in an effort to understand the issues and problems that were faced during their design, to analyze their architecure and evaluate their performance. We have used the results of this study to design and implement a new middleware architecture, which we have named ShareSense II. Our middleware comes from the redesign and expansion of its simpler predecessor, the original ShareSense middleware, and also integrates the jwebdust middleware, bringing the services of that middleware to the large scal overlay networks. The ShareSense II platfrom was designed to provide logical abstractions for sensor networks, so that the programmer is able to tweak their services, maange the resources of the local networks and build flexible applications. For our overlay netowrk we have embedded an efficient peer-to-peer infrastructure that performs well in networks with frequent and temporary node disconnections and large scale applications. Finally, we implemented an application that uses the ShareSense II middleware, in order to show the benefits of our design and also locate the parts of the architecture that need further optimization. Our application uses the Google Earth software to monitor geographically disparate networks that participate in ShareSense II, allowing the online issuing of queries, as well as matching 3d models of buildings (and other areas) to local networks, in order to display information to the end user in an interesting and exciting way.

- / -

Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση των λειτουργικών χαρακτηριστικών του ασύρματου δικτύου ΙΕΕΕ 802.16. Στο 1ο κεφάλαιο επιχειρείται μια εισαγωγή στην ασύρματη πρόσβαση ευρείας ζώνης. Στο 2ο κεφάλαιο γίνεται περιληπτική αναφορά στην εξέλιξη του WiFi, τον τρόπο λειτουργίας του και τη σημασία του ως πρόγονος του WiMAX. Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή στο WiMAX, τα διάφορα υποπρότυπα που κυκλοφορούν, τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούν και σύγκριση με άλλες υπάρχουσες ασύρματες τεχνολογίες. Στο 4ο κεφάλαιο γίνεται σε βάθος εξερεύνηση του φυσικού στρώματος του WiMAX. Στο 5ο κεφάλαιο μελετούμε το στρώμα πρόσβασης μέσου του προτύπου. Στο 6ο κεφάλαιο αναλύουμε την αρχιτεκτονική του δικτύου WiMAX. Για το πρακτικό μέρος της διπλωματικής στο 7ο κεφάλαιο έγινε προσομοίωση του φυσικού στρώματος ενός ασύρματου ευρυζωνικού πομποδέκτη του υποπροτύπου IEEE 802.16-2004, με χρήση κεραιών ΜΙΜΟ, για σταθερή (fixed) πρόσβαση. Στο 8ο κεφάλαιο βρίσκονται τα συμπεράσματα από τις προσομοιώσεις. / --

Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής είναι ο χαρακτηρισμός του ασύρματου καναλιού σύγχρονων ασύρματων δικτύων με εφαρμογές για κάλυψη σε τούνελ. Ο χαρακτηρισμός του ασύρματου καναλιού μέσα σε περιβάλλον τούνελ γίνετε στατιστικά. Παρότι είναι δυνατή η αναλυτική και αριθμητική επίλυση του προβλήματος τα στοχαστικά φαινόμενα που επικρατούν κάνουν ιδανικότερη τη στατιστική επίλυση του προβλήματος. Με τον όρο χαρακτηρισμό του ασύρματου καναλιού εννοείται ο προσδιορισμός τριών χαρακτηριστικών του ασύρματου καναλιού. Ο υπολογισμός των απωλειών ισχύος στη διαδρομή που παρεμβάλλεται μεταξύ πομπού και δέκτη και κατά επέκταση ο υπολογισμός της λαμβανόμενης ισχύος στη κεραία το δέκτη. Επίσης, ο υπολογισμός των διακυμάνσεων που υφίσταται το πλάτος του σήματος που λαμβάνεται στο δέκτη. Το πλάτος δεν είναι σταθερό αλλά μεταβάλλεται καθώς ο δέκτης μετακινείται σε μικρές αποστάσεις συγκρίσιμες με το μήκος κύματος του σήματος. Τέλος, η σύγκριση της ληφθείσας ισχύος στο δέκτη με το κατώφλι ευαισθησίας της συσκευής επικοινωνίας του δέκτη με σκοπό τον υπολογισμό της πιθανότητας ‘’να έχει σήμα ο δέκτης’’ δηλαδή να είναι δυνατή η επικοινωνία πομπού και δέκτη. Για να γίνουν αυτοί οι υπολογισμοί χρησιμοποιούνται ανάλογες προσομοιώσεις σε πρόγραμμα λογισμικού προσομοιώσεων. / The subject of this thesis is the characterization of modern and wireless channel networks with applications for coverage in tunnels. The characterization of the wireless channel inside tunnel environments is studied and modeled statistically. While analytical and numerical solutions of the problem are possible, the stochastic nature of the parameters make ideal the statistical approach of the problem. The characterization of a wireless channel aims to identify three characteristics of the wireless channel. First goal is the calculation of the power loss in the path between the transmitter and receiver. Thus the first goal is the calculation of the received power. The second goal is the calculation of the fading and the fluctuations of the received signal. The amplitude of the received signal is not stable but varies as the receiver moves over short distances comparable to the wavelength of the signal. Finally the third goal is to make a comparison of the received power with the sensitivity threshold of the communication device of the receiver in order to calculate the probability that the receiver has acceptable quality signal. To make these calculations there are used software simulations.

Στην παρούσα εργασία θα μελετήσουμε αρχιτεκτονικές και δομές για ασύρματα βιομηχανικά δίκτυα υψηλών ταχυτήτων. Δηλαδή, πρωτόκολλα και μέσα μετάδοσης τα οποία θα είναι εφαρμόσιμα σε βιομηχανικά περιβάλλοντα, λόγω των εξειδικευμένων απαιτήσεων που έχουν αυτά τα περιβάλλοντα, και παράλληλα θα εξασφαλίζουν τις χρονικές αξιώσεις που αυτά οριοθετούν. / In this thesis we will investigate on wireless architectures for high speed industrial networks. Meaning, protocols and transmition mediums that are applicable in industrial environment mainly due to specific requirements that these environments impose and at the same time are able to fulfill the time requirements that exist in these environments.

Η εργασία ασχολείται με τα Ασαφή Δίκτυα Petri. Αφού γίνει μιά ιστορική αναδρομή στα Δίκτυα Petri, στη συνέχεια αναπτύσονται τα διάφορα είδη δικτύων Petri καθώς επίσης και οι ιδιότητές τους. Επιπλέον, αναλύονται κάποιες βασικές έννοιες σχετικά με τις υπολειμματικές δομές, τα ασαφή σύνολα, την ασαφή λογική, τις ομάδες δικτυωτής διάταξης και τις MV-Άλγεβρες. Αυτές οι έννοιες είναι απαραίτητες για τα Ασαφή Δίκτυα Petri και κυρίως για την ανάπτυξη της λεγόμενης Petri Άλγεβρας. Τέλος αναλύονται κάποιες εφαρμογές των Ασαφών Δικτύων Petri. / This project is about Fuzzy Petri Nets. After a historical introduction in Petri Nets, we analyze the different types of Petri Nets as well as their properties. Furthermore, we focus on some basic concepts of the residuated structures, fuzzy sets, fuzzy logic, lattice-ordered abelian groups and MV-Algebras. These concepts are essential for Fuzzy Petri Nets and Petri Algebras. Finally, we analyze some basic applications of Fuzzy Petri Nets.

Τα σύγχρονα υπολογιστικά περιβάλλοντα χαρακτηρίζονται από έντονη χρήση διερμηνευτών (scripting languages). Μεταξύ άλλων, διερμηνευτές χρησιμοποιούνται για τη διαχείριση συστήματων (bash, powershell, msi), την αυτοματοποίηση διαδικασιών σε εφαρμογές (Microsoft Office, Alias Maya, Sonar, AutoCad), τη δημιουργία ψηφιακών παιχνιδιών (UnrealScript, LUA) αλλά και για την ανάπτυξη εφαρμογών για τον Παγκόσμιο Ιστό. Ειδικά για τη περίπτωση του Διαδικτύου, φαίνεται ότι η εξέλιξη του Παγκόσμιου Ιστού είναι συνυφασμένη με την παράλληλη εξέλιξη των διερμηνευτών: νέες γλώσσες δημιουργούνται ώστε να υποστηρίξουν νέες τεχνολογίες. Σήμερα, πολλές ετερογενείς τεχνολογίες αλληλεπιδρούν ώστε εξυπηρετητής και φυλλομετρητής να παράγουν και να παρουσιάσουν διαδραστικό περιεχόμενο στο χρήστη. Από τη μεριά του εξυπηρετητή, χρησιμοποιούνται γλώσσες όπως οι Php, Jsp και Asp.Net. Το περιεχόμενο που παράγεται παρουσιάζεται στο χρήστη με τη χρήση γλωσσών όπως οι html, Javascript και Actionscript. Οι διερμηνευτές γίνονται όλο και πιο διαδεδομένοι, καθώς προσφέρουν ευελιξία στην ανάπτυξη του κώδικα, ανεξαρτησία από την υπολογιστική αρχιτεκτονική και μειωμένους χρόνους ανάπτυξης, αφού δεν απαιτείται μεταγλώττιση ενώ το συντακτικό είναι απλο¬ποιημένο. Για τη βελτίωση της απόδοσης, οι σύγχρονοι διερμηνευτές χρησιμοποιούν Just-in-time compilation τεχνικές: ουσιαστικά μετατρέπουν το πηγαίο κώδικα σε ενδιάμεσο κώδικα, άμεσα εκτελέσιμο από μια μηχανή εκτέλεσης (ιδεατή μηχανή). Αυτό δυσχεραίνει περαιτέρω το διαχωρισμό μεταξύ διερμηνευτή και μεταγλωττιστή. Λόγω των παραπάνω χαρακτηριστικών και κυρίως λόγω της ανεξαρτησίας τους από την αρχιτεκτονική, οι διερμηνευτές αποτελούν τη βάση για τη συντριπτική πλειοψηφία των Εφαρμογών Ιστού. Εντούτοις, καθώς η πολυπλοκότητα των διαδικτυακών εφαρμογών αυξάνεται, η χρήση των υπαρχόντων τεχνολογιών επιβραδύνει σημαντικά την ανάπτυξη: Για μια απλή δυναμική ιστοσελίδα απαιτείται η συγγραφή κώδικα σε τουλάχιστον τρεις γλώσσες: Κάθε στοιχείο της εφαρμογής (βάση δεδομένων, εξυπηρετητής, πελάτης) προγραμματίζεται σε διαφορετικό γλωσσικό περιβάλλον. Ο προγραμματιστής καλείται να διαχειριστεί την επικοινωνία και αλληλεπίδραση των ετερογενών στοιχείων αυτών και να επιλύσει τυχόν ασυμβατότητες. Ένα μεγάλο μέρος του χρόνου ανάπτυξης μιας εφαρμογής καταναλώνεται στη διαχείριση αυτού του ετερογενούς συστήματος. Με την άφιξη νέων τεχνολογιών, όπως για παράδειγμα οι Ajax, Silverlight, JavaFX, η διαχείριση των εγγενών προβλημάτων του συστήματος αυτού δυσχεραίνεται ακόμη περισσότερο. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής διερευνώνται οι κυριότερες σύγχρονες τεχνολογίες διερμηνευτών για ανάπτυξη εφαρμογών, με έμφαση στις τεχνολογίες Ιστού. Κάθε γλώσσα αναλύεται ξεχωριστά και σχολιάζονται οι ιδιαιτερότητες και τα ειδικά χαρακτηριστικά της. Παράλληλα εντοπίζονται τα εγγενή προβλήματα ασυμβατότητας που συναντώνται στο υπάρχον μοντέλο ανάπτυξης και παρουσιάζεται ένα εναλλακτικό, ενοποιημένο μοντέλο ανάπτυξης διαδικτυακών εφαρμογών, το οποίο ομαδοποιεί και απλοποιεί τις προγραμματιστικές διαδικασίες των συστημάτων πελάτη και εξυπηρετητή. / Scripting languages find many applications in modern computing environments. Scripts are used in various scenarios, including system administration (bash, powershell, msi), job automation (Microsoft Office, Alias Maya, Sonar, AutoCad), logic programming in computer entertainment and of course in Internet Applications. Internet technologies are the primary example application of scripts (interpreters in general): a connection between scripts and the development of the World Wide Web can be observed: new scripting systems arise to support newly developed technologies. In modern internet applications, different technologies co-exist and interact so that the server and the client can present interactive content to the end user. On the server side, technologies like Php, Jsp and As[.Net are used. The resulting content is presented on the client side with technologies such as html/xml, Javascript, Flex and Actionscript. Scripting Languages (interpreters) are becoming increasingly popular, as they offer versatility, platform-independence and reduced development times, since they feature a simplified syntax and they do not require complex compilation procedures. To increase performance, modern Scripting systems feature Just-In-Time compilation techniques, effectively creating a compiled version of their input source code. This version of the code can be easily executed by the system’s Virtual Machine (Execution Engine). Such techniques blur the borders between Compilers and Interpreters. The features detailed above make interpreters the ideal solution for web application development, mainly because they are inherently cross-platform. Most of the available web-technologies expose an interpreted language system. However, as the complexity in modern web-applications and related technologies increases, current scripting systems are becoming a bottleneck in the development process: To develop a proper dynamic web page, the programmer will be required to use at least three different languages: A language for accessing the data base (sql), a language to program the server side of the application (Php, Jsp, Asp) and a set of languages to present content to the end user (javascript). It is up to the programmer to orchestrate the various scripts and manage any incompatibilities arising, when using those independent systems. This hampers the development process, as extra effort is taken to manage the programming environment rather than actually develop the program. With new technologies, like Silverlight, Ajax and Flex arising, managing inherent incompatibilities becomes even more difficult. To tackle the increased development complexity, a new web application development paradigm is explored and the features of the corresponding language are detailed, as is a simple implementation scheme. A study of available mainstream scripting languages, with a focus in Web development, is also presented. Each language is presented with a description of its key features and syntax and a comparison with similar development systems.