Η παρούσα διπλωματική μελέτη έχει ως αντικείμενο την αναβάθμιση της εργαστηριακής άσκησης "Έμπειρος και ασαφής έλεγχος βιολογικού αντιδραστήρα" του εργαστηρίου Γενικής Ηλεκτροτεχνίας και Τομέα Συστημάτων Αυτόματου Ελέγχου. Η αναβάθμιση του εξοπλισμού περιλαμβάνει την αντικατάσταση του παλιού προσωπικού υπολογιστή (PC) και του παλιού προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή (PLC) με νέας γενιάς αντίστοιχα. Η αναβάθμιση του λογισμικού αφορά την ανάπτυξη της παραπάνω εργαστηριακής εφαρμογής με το λογισμικό Fuzzy Control V6++. Το παρόν έγγραφο είναι χωρισμένο σε έξι κεφάλαια στα οποία παρουσιάζονται οι βασικές έννοιες και δομές των συστημάτων βιολογικού καθαρισμού καθώς και οι βασικές έννοιες της ασαφούς λογικής, των ασαφών ελεγκτών και των νευρωνικών δικτύων χωρίς όμως να στέκεται τόσο στα στοιχεία της θεωρίας. Προσπαθήσαμε δηλαδή να δώσουμε στην εργασία αυτή τη μορφή ενός εγχειριδίου με την εκτενή παρουσίαση όλων των βημάτων και των προβλημάτων που ακολουθήσαμε και αντιμετωπίσαμε στο εργαστηριακό περιβάλλον για την ανάπτυξη του ασαφούς ελεγκτή με το νέο υλικό (λογισμικό και εξοπλισμό). / --

- / -

Περιληπτικά, στη συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή μελετήθηκαν οι θεωρίες της βελτιστοποίησης και των κατανεμημένων αλγορίθμων με σκοπό την χρήση τους σε ένα διομότιμο σύστημα σύγχρονου διαμοιρασμού αντικειμένων. Επιπλέον μελετήθηκε το περιβάλλον και οι συνθήκες λειτουργίας ενός τέτοιου συστήματος. καθώς και τα χαρακτηριστικά του. Αποτέλεσμα της μελέτης αυτής είναι η εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τις απαιτήσεις που πρέπει να πληρούνται κατά τη δημιουργία ενός διομότιμου συστήματος σύγχρονου διαμοιρασμού αντικειμένων και οι τεχνικοί στόχοι που πρέπει αυτό να ικανοποιεί. Με αυτά τα κριτήρια σχεδιάστηκε η αρχιτεκτονική του συστήματος και ορίστηκαν τα προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν. Για την λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος ορίστηκαν οι ακόλουθες απαιτήσεις: • Μεγιστοποίηση της χρήσης από το σύστημα του διαθέσιμου εύρους ζώνης των συμμετεχόντων κόμβων. Φυσικά, οι κόμβοι έχουν ετερογενείς τιμές του διαθέσιμου εύρους ζώνης και, μάλιστα, με μεγάλη διασπορά. • Ελαχιστοποίηση της καθυστέρησης από τη στιγμή δημιουργίας ενός αντικειμένου μέχρι τον διαμοιρασμό του σε κάθε συμμετέχοντα κόμβο. • Ομοιόμορφη διαρκής κατανομή του συνολικού εύρους ζώνης του συστήματος στους συμμετέχοντες κόμβους. • Ανεκτικότητα του συστήματος στη δυναμική συμπεριφορά των χρηστών που προκαλείται από εισόδους και εξόδους των χρηστών στο σύστημα σε μη προκαθορισμένες χρονικές στιγμές. • Ικανότητα κλιμάκωσης του συστήματος σε αριθμό συμμετεχόντων χρηστών κάτι που επάγει την κατανεμημένη διαχείριση του συστήματος. • Προσαρμογή του σχεδιαζόμενου συστήματος στην κίνηση του δικτύου στο οποίο αυτό επικάθεται και ανεκτικότητά του στις μεταβολές του εύρους ζώνης των συμμετεχόντων κόμβων. • Ελαχιστοποίηση του φορτίου το οποίο εισάγει η λειτουργία του συστήματος στο δίκτυο. Για τη λειτουργία του προτεινόμενου συστήματος απαιτείται η δημιουργία ενός γράφου διασύνδεσης. Ως γράφος διασύνδεσης ορίζεται ο γράφος που προκύπτει αν κάθε κόμβος συνδεθεί με ένα μικρό υποσύνολο των συμμετεχόντων κόμβων που ονομάζονται και γείτονες του κόμβου. Για την ικανοποίηση των προαναφερθεισών απαιτήσεων. μελετήθηκαν τα χαρακτηριστικά του γράφου διασύνδεσης και προέκυψε ότι κάθε κόμβος: α) πρέπει να έχει γείτονες με όσο το δυνατόν μικρότερη δικτυακή καθυστέρηση μεταξύ τους, β) πρέπει να έχει αριθμό εξερχόμενων συνδέσεων ανάλογο με το εύρος ζώνης του, γ) οι συνδέσεις αυτές πρέπει να κατανέμονται ομοιόμορφα στους συμμετέχοντες κόμβους για την ικανοποίηση των αναγκών όλων των κόμβων, δ) οι κόμβοι με σχετικά μεγάλο εύρος ζώνης πρέπει να ομαδοποιούνται στο γράφο με σκοπό την γρήγορη αρχικά διάχυση του αντικειμένου και ε) ο γράφος διασύνδεσης πρέπει να αναδιατάσσεται δυναμικά έτσι ώστε να διατηρεί τις ιδιότητες αυτές στο δυναμικό δικτυακό περιβάλλον που επικάθεται και για δυναμική συμπεριφορά των συμμετεχόντων κόμβων. Για την ικανοποίηση αυτών των τεχνικών στόχων αναπτύχθηκε μία δομή του γράφου που ικανοποιεί αυτά τα χαρακτηριστικά. Η βελτιστοποίηση του γράφου γίνεται μέσω αλγορίθμων κατά την λειτουργία των οποίων κάθε κόμβος επιλέγει περιοδικά ένα τυχαίο κόμβο ο οποίος είναι γείτονάς του στον γράφο διασύνδεσης. Μεταξύ των δύο αυτών κόμβων εκτελείται ανακατανομή των γειτόνων τους με σκοπό την εξισορρόπηση του αριθμού των γειτόνων που κάθε ένας από αυτούς διαθέτει. αλλά και την ελαχιστοποίηση της μέσης καθυστέρησης που έχουν αθροιστικά οι κόμβοι από τους γείτονές τους. Οι αλλαγές στον γράφο διασύνδεσης που προκύπτουν από κάθε εκτέλεση του αλγορίθμου αυτού μεταβάλλουν και τους γείτονες ενός υποσυνόλου κόμβων εκτός των δύο συμμετεχόντων στον αλγόριθμο εναλλαγής. Οι αλλαγές αυτές επιφέρουν άλλες αλλαγές με την σειρά τους και έτσι προκύπτει τελικά ένας γράφος διασύνδεσης όπου κάθε κόμβος έχει τον προκαθορισμένο αριθμό γειτόνων και. παράλληλα. ελαχιστοποιείται το άθροισμα των μέσων δικτυακών καθυστερήσεων που έχουν οι συμμετέχοντες κόμβοι με τους γείτονές τους. Για τον διαμοιρασμό του αντικειμένου ο δημιουργός του το τεμαχίζει σε τεμάχια (μπλοκ). Τα τεμάχια προωθούνται σε ένα πολύ μικρό σύνολο κόμβων και αποτελούν τις λογικές μονάδες δεδομένων που ανταλλάσσονται μεταξύ των κόμβων. Σκοπός είναι ο διαμοιρασμός του κάθε τεμαχίου σε κάθε κόμβο μέσα σε ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα. Για την ανταλλαγή τεμαχίων μεταξύ των γειτόνων του γράφου διασύνδεσης του προς διαμοιρασμού αντικειμένου μεταξύ των συμμετεχόντων κόμβων αναπτύχθηκε ένας Κατανεμημένος Χρονοπρογραμματιστής Ανταλλαγής Τεμαχίων (ΚΧΑΤ). Τεχνικοί στόχοι της ανάπτυξης του ΚΧΑΜ αποτέλεσαν α) ο χρονισμός διαπραγμάτευσης αποστολής τεμαχίων μεταξύ κάθε αποστολέα και παραλήπτη, β) η γρήγορη διάδοση πρόσφατα παραγόμενων τεμαχίων και σπάνιων σε μία γειτονία του γράφου διασύνδεσης (τεμάχια που δημιουργήθηκαν μεταγενέστερα από άλλα ευνοούνται από το χρονοπρογραμματιστή αρχικά για την επιτυχή και γρήγορη διάδοσή τους σε μία κρίσιμη μάζα από κόμβους), γ) η τροφοδότηση όλων των κόμβων με ομοιόμορφο και σταθερό ρυθμό, δ) η προτεραιότητα σε κόμβους με μεγάλο εύρος ζώνης, ε) η αποφυγή μετάδοσης του ίδιου τεμαχίου από δύο αποστολείς προς τον ίδιο παραλήπτη και στ) η αποφυγή μιας κατάστασης όπου αποστολέας και παραλήπτης δεν έχουν τεμάχια προς ανταλλαγή. Ο χρονισμός του ΚΧΑΜ που αναπτύχθηκε αποτελείται από τρείς φάσεις. Στην πρώτη φάση που εκτελείται περιοδικά από κάθε αποστολέα εκδίδεται και αποστέλλεται στους πιθανούς παραλήπτες ένα σύνολο από «κουπόνια» μεγέθους ανάλογου με το εύρος ζώνης του αποστολέα. Στη δεύτερη φάση ο εκάστοτε παραλήπτης ζητά προκαταβολικά ένα τεμάχιο στην περίπτωση που επιλεγεί από τον αποστολέα για μετάδοση τεμαχίου. Στην τρίτη φάση ο αποστολέας επιλέγει τον παραλήπτη ακριβώς πριν την μετάδοση κάθε τεμαχίου και αποστέλλει το τεμάχιο που έχει ζητηθεί. Ο αλγόριθμος ο οποίος προτείνεται για τη δημιουργία κουπονιών έχει ως στόχο τη μεγιστοποίηση της χρήσης του εύρους ζώνης όλων των κόμβων και την ικανοποίηση των αναγκών κάθε συμμετέχοντα κόμβου. Είναι αυτός που, στην ουσία, καθορίζει τις ροές δεδομένων μεταξύ των γειτόνων του γράφου διασύνδεσης. Η χρησιμότητά του αναδεικνύεται σε περιπτώσεις όπου ο ρυθμός αναπαραγωγής του προς διαμοιρασμό αντικειμένου είναι παρόμοιος με το μέσο εύρος ζώνης του συστήματος. Οι απαιτήσεις του αλγορίθμου ζήτησης τεμαχίων μοντελοποιούνται μέσω της γραμμικής βελτιστοποίησης και διασφαλίζεται η γρήγορη και αποτελεσματική διάχυση των τεμαχίων ελαχιστοποιώντας την ύπαρξη ανενεργών πόρων. Τέλος, ο αλγόριθμος επιλογής γείτονα είναι αυτός που ρυθμίζει την ομοιόμορφη κατανομή του εύρους ζώνης στους συμμετέχοντες κόμβους, αλλά και δίνει προτεραιότητα στους κόμβους με μεγάλο εύρος ζώνης έτσι ώστε να επιτευχθεί ο γρήγορος διαμοιρασμός κάθε τεμαχίου και η ελαχιστοποίηση της καθυστέρησης του συστήματος. Η αξιολόγηση της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής, της τοπολογίας του γράφου διασύνδεσης και του ΚΧΑΜ, έγινε μέσω προσομοίωσης σε προσομοιωτή δικτυακών συστημάτων. Μοντελοποιήθηκε το εύρος ζώνης των συμμετεχόντων κόμβων και δικτυακές καθυστερήσεις χρησιμοποιώντας πραγματικά δεδομένα από διομότιμα συστήματα.. Το σύστημα που αναπτύχθηκε μοντελοποιήθηκε πλήρως σε επίπεδο πακέτου. Εξετάστηκαν αρκετά σενάρια αξιολόγησης του συστήματος τα οποία, μεταξύ άλλων, περιλαμβάνουν, ευαισθησία του συστήματος σε παραμέτρους των προτεινόμενων αλγορίθμων, δυναμικά σενάρια όσον αφορά τη συμπεριφορά των χρηστών και του δικτύου και σενάρια εύρεσης των ορίων του προτεινόμενου συστήματος. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων έδειξε ότι ικανοποιούνται οι απαιτήσεις που τέθηκαν για τη δημιουργία του συστήματος, καθώς και βελτίωση της συμπεριφοράς του συστήματος σε σχέση με αντίστοιχα συστήματα της διεθνούς βιβλιογραφίας με τα οποία συγκρίθηκε. / Peer-to-peer live streaming is a network application, where peers (users) contribute their upload bandwidth for the real time distribution of a video stream. The objective of this work is the optimization of this data diffusion with a distributed and self-organized architecture. Peers have heterogeneous and dynamic uploading bandwidth. This fact combined with the characteristics of the topology of the underlying network and the dynamic traffic conditions e.g. latency create a volatile and complex environment for P2P live streaming delivery, which strongly affect the success of a P2P system measured by a number of performance metrics. The first important factor is the uploading bandwidth utilization that corresponds to the ability of the system to exploit as much as possible of the overall uploading bandwidth of the participating peers. The maximization of the upload bandwidth utilization increases the video playback delivery rate and ensures the stability of the distribution. Equally important parameter is the setup time defined as the time interval between the generation of a block from an origin server and its delivery to every peer in the system. Furthermore, a P2P live streaming system has to remain stable and its delivery rate must remain high in a dynamic environment, where peers arrive and depart randomly. .Finally, fairness among nodes indicates the ability of the system to distribute continuously and uniformly the aggregate uploading bandwidth to the participating peers. This ensures that every peer will acquire a percentage of blocks above a critical threshold for an “affordable” video playback regardless the aggregate uploading bandwidth is not sufficient for the complete delivery of the video stream. For the development of the proposed system is required the creation of a content diffusion overlay (CDO). For every peer, CDO defines the graph which includes the subset of adjacent participating peers (neighbors) that are connected with it. For the fulfillment of the aforementioned requirements CDO must ensure the following features: • Each peer must have neighbors close to it in the underlying network. • The number of the neighbors has to be proportional to its upload bandwidth. • The number of the neighbors from which each peer receives data has to be balanced among participating peers. • In the CDO, peers with high upload bandwidth must be clustered for the fast diffusion of each video block to a critical mass of peers. • The CDO has to be adapted dynamically according to the underlying network conditions and the behavior of the participating peers. The optimization of the CDO and the fulfillment of these technical objectives is done with the use of a distributed optimization and maintenance algorithm (DOMA) that reorganizes the “neighborhoods” of CDO and so it keeps almost stable the attributes of the graph during peer arrivals and departures. It also ensures the high levels of bandwidth utilization. The algorithm based on a cost function, denoted as energy function between two nodes and can represent for example the network latency between two nodes. DOMA is executed between two neighbors that we note as initiators and their neighbors that we called satellites. Its purpose is to minimize the sum of the energy functions between initiators and satellites under the constraints on the number of neighbors that the graph structure implies. In p2p live streaming every user and/or content provider that generates a multimedia block stream is indicated as source. A P2P block exchange scheduling algorithm (P2P-BESA) ensures the distribution of each block to every user and with low latency. P2P-BESA focuses on the following properties: • The consistent message sequence between two peers for the negotiation of the transmission of a video block. • The fast diffusion of blocks that are recently produced. • The transmission of blocks to every peer with a stable and equal rate among the peers. • The prioritization of transmission to peers with relatively high upload bandwidth. • The avoidance of block retransmission. • The avoidance of content bottleneck between two peers. The decision for the transmission of a block is done in three phases. In the first phase, every peer acting as block sender issues tokens periodically proportional with its upload bandwidth. This ensures the maximization of the upload bandwidth of the participating peers and determines the data flows between participating peers. In the second phase, each peer periodically is acting as receiver and requests a different block from each one of its potential senders. As potential senders we define the set of peers that have recently sent a token to it. This algorithm ensures the fast and complete diffusion of every block by also minimizing the idle bandwidth resources in the systems. Finally in the third phase, before the transmission of each block each sender selects the destination peer according to the blocks that it misses and its upload bandwidth capabilities. The evaluation of the proposed system is done with a network simulator. A detailed packet level P2P live streaming simulator models the bandwidth of the participating peers, the network latency between them, peer arrivals and departures and finally dynamic changes in the underlying network. The evaluation of the system shows that: • It achieves very high levels of bandwidth utilization (around 95%) • low latency in the diffusion of its video block (2-4 seconds) • system is almost immune to peer arrivals and departures • very tolerant to underlying network changes Finally the proposed system outperforms when it is compared with other recently proposed systems in the international bibliography.

Μέχρι σήμερα οι διάφοροι αλγόριθμοι εκπαίδευσης συστημάτων ταξινόμησης καθώς και τα έμπειρα συστήματα λήψης αποφάσεων έχουν χρησιμοποιηθεί αρκετές φορές σε διάφορα προβλήματα ταξινόμησης και κατηγοριοποίησης σε διάφορους τομείς. Αυτό που θα μας απασχολήσει είναι η χρήση αυτών των συστημάτων στον ιατρικό τομέα και συγκεκριμένα στην πρόβλεψη της ασθένειας του στίγματος μεσογειακής αναιμίας (θαλασσαιμίας). Θα εξετάσουμε κυρίως τα νευρωνικά δίκτυα και τα ασαφή συστήματα λήψης αποφάσεων και θα τα μελετήσουμε την αποτελεσματικότητά τους στην πρόβλεψη του στίγματος μεσογειακής αναιμίας. Επίσης θα γίνει μια περιγραφή της αρχιτεκτονικής των νευρωνικών δικτύων και των συστημάτων ασαφούς λογικής καθώς και του τρόπου εξαγωγής αποτελεσμάτων. Όπως γνωρίζουμε μια προφανής δυσκολία που αντιμετωπίζουν τα νευρωνικά δίκτυα και έτσι δεν πολύ έμπιστα σε πρακτικά θέματα, είναι ότι δεν μας δίνουν μια αμερόληπτη εκτίμηση για την αξιοπιστία μιας απλής ταξινόμησης. Ακόμη, μια άλλη δυσκολία όσο αφορά τα συστήματα ασαφούς λογικής είναι η επιλογή των παραμέτρων και των τιμών. Για τον υπολογισμό της αξιοπιστίας του συστήματος, θα γίνει σύγκριση με τα πραγματικά αποτελέσματα και θα υπολογιστεί η απόκλιση των αποτελεσμάτων από την πραγματικότητα. Επιπλέον, θα παρουσιαστεί και μια διαδικτυακή έκδοση των παραπάνω εργαλείων - συστημάτων ώστε να μπορούμε να εξάγουμε μια πρόβλεψη – απόφαση για έναν ασθενή μέσω του διαδικτύου και μιας απλής διεπαφής. / Until today, the various algorithms for training systems of classification and the fuzzy logic systems have solved various problems successfully. In this project, we will investigate the behavior of the above systems for solving the prediction of the disease thalassemia. We will investigate the neural networks and fuzzy logic systems and the reliability of the classification of various patterns for the thalassemia. Also, we will present a web version of a system that implements neural network and fuzzy logic, and it can be used from a single web-user.

Στην παρούσα εργασία έγινε μια πρώτη προσπάθεια ενασχόλησης με τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων, πιο γνωστά στον επιστημονικό κόσμο ως Wireless Sensor Networks ή WSNs. Μελετήσαμε τα βασικά χαρακτηριστικά των δικτύων αυτών, όπως οι τοπολογίες τους και η αρχιτεκτονική τους. Επίσης, μελετήσαμε την αρχιτεκτονική των ασύρματων κόμβων που απαρτίζουν το δίκτυο, που είναι γνωστά σαν motes. Τα motes έχουν την ικανότητα τοπικής επεξεργασίας των δεδομένων που συλλέγουν και την ασύρματη μετάδοσή τους σε έναν κεντρικό σταθμό για περαιτέρω επεξεργασία. Τη λειτουργία αυτή διεκπαιρεώνει μια μονάδα μικροεπεξεργαστή με τη χρήση ενός ολοκληρωμένου chip για την ασύρματη μετάδοση. Για τη συλλογή των μετρήσεων μπορούν να φιλοξενήσουν διάφορες πλατφόρμες ψηφιακών αισθητήρων. Στην παρούσα εργασία έγινε χρήση της υπολογιστικής μονάδας micaz και της πλατφόρμας αισθητήρων MTS400/420. Οι πλατφόρμες αυτές φιλοξενούν αισθητήρες υγρασίας/θερμοκρασίας, βαρομετρικής πίεσης/θερμοκρασίας, φωτεινότητας, μέτρησης δονήσεων και ειδικά η 420 πλατφόρμα έχει υποδοχή και για μονάδα GPS. Σκοπός μας ήταν η ανάπτυξη ενός γραφικού περιβάλλοντος μέσω του οποίου θα απεικονίζαμε τις μετρήσεις που έστελναν στον υπολογιστή τα motes. Η ανάπτυξη του γραφικού περιβάλλοντος έγινε στο Matlab. Για το σκοπό αυτό, ήταν απαραίτητη η σύνδεση ενός mote στον υπολογιστή που θα λειτουργούσε σαν ενδιάμεσος αποδέκτης των δεδομένων και θα τα προωθούσε στον υπολογιστή μέσω της σειριακής θύρας. Για την προβολή και αποθήκευση των δεδομένων στον υπολογιστή, έγινε χρήση του interface Χlisten. / At this thesis there was a first attempt of occupation with Wireless Sensor Networks, most kown to the scientific world as WSNs. We studied the basic characteristics of these networks such as topologies and architecture. We also studied the architecture of the wireless nodes which form the network, also known as motes.The motes have the ability of local data computation and the wireless transmition of them to a base station, where they can further processed. This ability is performed by a microprocessor unit with the use of a single integrated chip responsible for the radio transmition. The data collection can be performed by many digital sensor platforms. At this paper, it has been used the micaz computional unit and the MTS400/420 sensor platform of Crossbow company. These platforms are integrated with sensors that measure relative humidity/temperature, barometric pressure/temperature, illumination, acceleration on axis x and y and especially the 420 platform can integrate a GPS module. Our goal is the development of a Graphical User Interface (GUI) through which we can plot the data that the sensors would send. The development of GUI made with Matlab. For this purpose, it was necessary the connection of a mote to the computer, that would behave like an intermediate receiver and would forward the data packets to the computer through the serial port. The MIB520 board was used for this purpose. For the data projection and saving to the computer, the xlisten interface was used.

Τις τελευταίες δεκαετίες ο όρος τεχνολογία έχει συνδεθεί στενά με την επιστήμη των υπολογιστών και την επεξεργασία της πληροφορίας. Από την στιγμή που η πληροφορία έχει πάρει ψηφιακή μορφή γίνεται ευκολότερη η επεξεργασία της, γεγονός που δημιουργεί ολοένα και υψηλότερες απαιτήσεις στην διαδικασία μεταφοράς της. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την υλοποίηση δικτύων υπολογιστών μέσω -συνδυασμού ή όχι - ενσύρματων, ασύρματων ή οπτικών καναλιών μετάδοσης. Η εξέλιξη των τελευταίων χρόνων ειδικότερα στον χώρο των ασύρματων τηλεπικοινωνιών και ηλεκτρονικών, έχει ανοίξει τον δρόμο για την δημιουργία ασύρματων δικτύων αισθητήρων – WSN (Wireless Sensor Networks) χαμηλού κόστους. Ένα τέτοιο δίκτυο αποτελείται από ένα σύνολο κόμβων (nodes) πυκνά τοποθετημένων μεταξύ τους. Κάθε ένας από αυτούς αποτελείται από μια διάταξη αισθητήρων και έναν μικροελεγκτή. Με αυτόν τον τρόπο έχει την δυνατότητα να υλοποιεί απλούς υπολογισμούς και να στέλνει τα απαραίτητα μηνύματα στο δίκτυο. Η μεταφορά των μηνυμάτων ακολουθεί τυχαία ή προκαθορισμένη διαδρομή (routing) με απόσταση έναν κόμβο τη φορά (one hop). Μέσα από μια σειρά τέτοιων μεταφορών (multi-hop), τα δεδομένα που συλλέγονται από τους κόμβους φθάνουν στον κεντρικό υπολογιστή για την τελική επεξεργασία και απεικόνιση. Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που έχουν σχέση με την παρατήρηση και καταγραφή φυσικών φαινόμενων, ή ανίχνευση συμβάντων (event – driven). / The last decades the term “technology” has been closely related to the computers science and the process of information. By the time information has had a digital form its process has become easier, something that creates more demands at the process of its transfer. This results to the computer networks – combining or not – wired, wireless or fiber optics. Last year’s development especially in the field of wireless telecommunications has helped the creation of WSN (Wireless Sensor Networks) of low cost. Such a network is consisted of a set of nodes closely located. Each one is consisted of an arrangement of sensors and a microcontroller, having the potential to carry out simple calculations and sending the required data to the network. This transmission follows a random or a predetermined routing with one hop distance. The data collected from the nodes reach the central computer for the final process and depiction through a series of multi-hop. The Wireless Sensor Networks are utilized in applications related to the observation of natural phenomena or tracing events (event-driven).

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της αρχιτεκτονικής των Δικτύων Νέας Γενιάς (Next Generation Networks-NGN) με εστίαση στους μηχανισμούς του Επιπέδου Μετάδοσης και τις Λειτουργίες Τελικού Χρήστη. Συγκεκριμένα, περιγράφεται η αρχιτεκτονική IMS (IP Multimedia Subsystem) με τις αντίστοιχες λειτουργικές συνιστώσες και διεπαφές, ενώ στη συνέχεια παρατίθενται τα βήματα μετάβασης προς δίκτυα και προσβάσεις νέας γενιάς επιλεγμένων μεγάλων τηλεπικοινωνιακών Οργανισμών. Ακολούθως, γίνεται μια συνοπτική αναφορά στις λειτουργίες του επιπέδου μετάδοσης, ελέγχου μεταφοράς και διαχείρισης δικτύου και στη συνέχεια περιγράφεται λεπτομερώς η λειτουργική αρχιτεκτονική των κύριων λειτουργικών οντοτήτων του επιπέδου μετάδοσης (λειτουργίες ελέγχου προσάρτησης δικτύου-NACF, λειτουργίες ελέγχου διαχείρισης φορητότητας-MMCF, λειτουργίες ελέγχου πόρων –RACF, λειτουργίες μετάδοσης κορμού) και τα μοντέλα πληροφόρησης (ένδειξη δέσμευσης, πληροφορία απόκρισης πόρων μετάδοσης κ.α.) των επιμέρους στοιχείων των προαναφερθέντων δομικών οντοτήτων. Σε κάθε δομικό μοντέλο πληροφόρησης υπάρχει αναλυτική παρουσίαση των σημείων αναφοράς και ροών πληροφορίας που εμπλέκονται στη διαχείριση και έλεγχο φορητότητας, προσάρτησης δικτύου, διεργασίας μετάδοσης κορμού και πρόσβασης, αντιστοίχως. Στη συνέχεια, αναλύονται οι λειτουργίες τελικού χρήστη με ειδικότερη αναφορά στις λειτουργίες πύλης δικτύου (CPN) με τα επιμέρους λειτουργικά στοιχεία της, και τα δίκτυα που θα αποτελέσουν τον κορμό πάνω στον οποίο θα στηριχθεί η υλοποίηση της πρόσβασης των δικτύων νέας γενιάς. Πιο συγκεκριμένα, περιγράφονται οι τεχνολογίες πρόσβασης DSL (ADSL, ADSL2 και VDSL2) με τους υποκείμενους περιορισμούς του ρυθμού μετάδοσης (διαφωνία, εξασθένηση), Ethernet (EPON, P2P πάνω από χαλκό και οπτική ίνα), και PON (διασύνδεση P2MP με οπτικό διαμεριστή οπτικής ισχύος, GPON). Τέλος, αναλύονται οι καλωδιακές υποδομές που απαιτούνται για την ανάπτυξη των προσβάσεων νέας γενιάς (εύρος, διάρθρωση, πυκνότητα οπτικών ινών). / The theme of this particular thesis is the study of the Next Generation Networks –NGN architecture focusing on the functionalities of the Transport Stratum and the End User Functions. Specifically, it is described the IMS architecture (IP Multimedia Subsystem) and the related functional components, and then, it is listed the transition steps towards the next generation networks and access of selected Telecommunications Providers. Following, it is briefly outlined the functionalities of transport level, transport control and network management, as well, and subsequently, the functional architecture of the main entities of transport level (network attachment control functions –NACF, Mobility Management and Control Functions- MMCF, Resource and Admission Control Functions- RACF, Transport processing entities) and the information models (event registration reply, resource selection information reply etc) of the aforementioned functional components are being described, in detail. Each structural component is analytically presented with its reference points and information flows that are involved in the management as well as the control of mobility, network admission, transport core and access processing, respectively. Additionally, the end user functions are described, giving weighted reference to the customer premises gateway functions (CGF) and their individual entities, and the networks that will compose the core upon which the implementation of next generation access will be established. That is, different access types are presented such as DSL network (ADSL, ADSL2, VDSL2) with its transfer rate restrictions (i.e. attenuation), Ethernet network (EPON, P2P over copper and optical fiber) and PON (P2MP interconnection using optical power splitter ,GPON). Finally, it is analyzed the cable infrastructure needed for the development of the new generation access (optical fiber rate, structure, density).

Ο συνεχώς αυξανόμενος κλάδος των ασύρματων δικτύων αισθητήρων συνδυάζει αρμονικά την επιστήμη των μικροϋπολογιστών με την επιστήμη των τηλεπικοινωνιών με έναν κοινό στόχο. Ο στόχος αυτός είναι η υλοποίηση μίας κατανεμημένης διεργασίας, η οποία περιλαμβάνει μέτρηση σημάτων από αισθητήρες, επεξεργασία της μέτρησης και αποστολή αυτής στο δίκτυο για περαιτέρω επεξεργασία με όσο δυνατόν μεγαλύτερη αξιοπιστία και μικρότερο κόστος σε επεξεργαστική ισχύ και ενέργεια. Οι εφαρμογές που μπορούν να προκύψουν είναι αναρίθμητες και περιορίζονται μόνο από την φαντασία του μηχανικού. Ενδεικτικοί τομείς εφαρμογής είναι η υγεία, τα αμυντικά συστήματα, η βιομηχανία, το περιβάλλον και άλλοι. Στην εργασία αυτή θα επικεντρωθούμε στον τομέα του περιβάλλοντος και πιο συγκεκριμένα στην ανίχνευση δασικών πυρκαγιών. Τα προβλήματα που προκύπτουν και επιβάλλουν επίλυση είναι το πρόβλημα της εύρεσης αξιόπιστης μεθόδου ανίχνευσης πυρκαγιάς και το πρόβλημα της επιλογής κατάλληλου πρωτοκόλλου δρομολόγησης που θα εκπληρώσει το επικοινωνιακό έργο. / --

Τα Long Term Evolution (LTE) δίκτυα αποτελούν το πιο πρόσφατο πρότυπο στην τεχνολογία της ιεραρχίας των κινητών δικτύων (GSM/EDGE και UMTS/HSPA τεχνολογίες δικτύων). Οι απαιτήσεις για γρήγορη κινητή, ευρυζωνική πρόσβαση αυξάνει εκθετικά τις τελευταίες δεκαετίες και αναμένεται μεγαλύτερη ακόμα ανάπτυξη στο μέλλον, το οποίο απαιτεί απεριόριστες δυνατότητες σε υπηρεσίες και εφαρμογές διαδικτύου και ανάπτυξη σε συσκευές χειρός και κινητούς εξοπλισμούς. Για να επιτευχθούν αυτές οι απαιτήσεις για μεγάλους ρυθμούς δεδομένων στα κινητά δίκτυα, η International Telecommunication Union (ITU) όρισε τα αρχικά επίπεδα για την εξέλιξη των 4ης γενιάς δικτύων. Στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής εργασίας στόχος είναι η υλοποίηση του φυσικού κατερχόμενου καναλιού Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) του Long Term Evolution (LTE), ενός φυσικού καναλιού μεταφοράς δεδομένων (κάνει τη μετάδοση του DL-SCH καναλιού μεταφοράς). Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια αναδρομή στην εξέλιξη των δικτύων μέχρι να φτάσουμε στην σημερινή εποχή και το LTE. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η αρχιτεκτονική που ακολουθεί το LTE. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις βασικές αρχές που διέπουν το OFDMA, της τεχνικής διαμόρφωσης που χρησιμοποιείται στην κατερχόμενη μετάδοση. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται οι MIMO τεχνολογίες, ενώ στο πέμπτο περιγράφεται αναλυτικά το συγκεκριμένο κανάλι και τέλος στο έκτο κεφάλαιο παρατίθενται τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα. / LTE Networks is the latest standard in mobile networks technologies hierarchy (GSM/EDGE and UMTS/HSPA). The requirements for fast mobile, broadband access increases exponentially during the last decades and even larger and even more significant development is expected in the future, which (future) is guided from the unlimited features in services and internet applications and from the development of mobile equipment and portable devices).To fulfill these demands for the large data rates in mobile networks , International Telecommunication Union (ITU) defined those primal levels for 4th Generation Networks evolution. The purpose of this thesis is the implementation of LTE’s Physical Downlink Shared Channel (PDSCH), a physical channel for data transfer . In the first chapter a recursion is made through the development of networks and up to current technologies and LTE. In chapter two LTE architectures are described. In chapter three, basic OFDMA principles are described , which is the modulation method used in downlink transmission. In chapter four MIMO technologies are described while in the fifth chapter the particular channel is described in depth. Finally in chapter six are laid down the results and conclusions.

Η ανάγκη για την έγκαιρη αντιμετώπιση καταστροφών στις μέρες μας αυξάνεται συνεχώς. Ο λόγος είναι ότι η συχνότητα των ηθελημένων καταστροφών (εμπρησμοί, τρομοκρατικές ενέργειες) έχει αυξηθεί. Ο σχεδιασμός και η παραγωγή συστημάτων ασφαλείας που θα εποπτεύουν ένα χώρο χωρίς να παραβιάζουν τα προσωπικά δεδομένα είναι ένα νέο πεδίο έρευνας. Ένα σημαντικό κομμάτι ενός τέτοιου συστήματος είναι η αναγνώριση φωτιάς μόνο με τη χρήση οπτικών αισθητήρων. Στη παρούσα διπλωματική εργασία μελετάμε διάφορες προηγούμενες τεχνικές αναγνώρισης φωτιάς και περιγράφουμε ένα επιθυμητό σύστημα. Στη συνέχεια παρουσιάζουμε τα κομμάτια του συστήματος που αναπτύξαμε και τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν, όπως το ασύρματο δίκτυο και τη βιβλιοθήκη ανοικτού λογισμικού OpenCv. Το σύστημά μας έχει στόχο να ειδοποιήσει ένα κέντρο ελέγχου για μία πιθανή εκδήλωση φωτιάς. Αυτό το πετυχαίνει επεξεργάζοντας τα δεδομένα που λαμβάνει από μία δικτυακή κάμερα και δημιουργώντας στιγμιότυπα που θα επιτρέψουν στους χειριστές του κέντρου να επαληθεύσουν την ύπαρξη της φωτιάς. Το σύστημα έχει τη δυνατότητα εκτός από την ασύρματη αποστολή των δεδομένων, να τα αποθηκεύσει τοπικά στη περίπτωση που δεν καταστεί δυνατή ή αποστολή, ώστε να ανακτηθούν αργότερα από το συνεργείο διάσωσης. / The need of prompt disaster relief actions is increasing rapidly today. The main reason is that the frequency of the intentional disasters (fires, terror acts) has increased. The design and production of unattended surveillance/alarm systems that respect the privacy and civil liberties of people is a new field of research. Fire detection using only video sensors is an integral component of such a system. In the present diploma thesis we study the various different approaches of video fire detection and we describe our systems' goals. Then we describe the main components of our system and the various tools that were used, such as the wireless network architecture and the open-source library OpenCv. The system suggested triggers an alarm and notifies a central station in the event of a fire break-out. This is carried through by processing data from an ip-camera and by creating a video with the frames that will allow the personnel at the station to verify the fire. The system also has the use of a "black box". If for any reason the communication is not possible, data is preserved until it is physically recuperated by the rescue team.