Το ερευνητικό αντικείμενο και ο στόχος της διδακτορικής διατριβής είναι η πρόταση μιας ολοκληρωμένης λύσης για την υποστήριξη τηλεπικοινωνιακών εφαρμογών σε ασύρματα δίκτυα τα οποία δεν στηρίζονται σε σταθερές δικτυακές υποδομές. Ένα τέτοιο δίκτυο, το οποίο αναφέρεται στη διεθνή βιβλιογραφία ως Mobile Ad-hoc Network (MANET), είναι ένα αυτο-οργανώσιμο αυτο-σχηματιζόμενο ασύρματο δίκτυο με διαδρομές πολλαπλών τμημάτων (multi-hop), όπου η δομή του δικτύου αλλάζει δυναμικά λόγω της κινητικότητας των κόμβων ή αλλαγές στην τοπολογία. Η αρχιτεκτονική που προτείνεται για την ικανοποίηση των τιθέμενων απαιτήσεων στηρίζεται στην ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου επικοινωνιακού αρχιτεκτονικού πλαισίου για MANET δίκτυα το οποίο περιλαμβάνει μηχανισμούς μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας που οφείλεται σε επικοινωνιακές λειτουργίες, την ανάπτυξη ενός εξειδικευμένου πρωτοκόλλου δρομολόγησης, τροποποιήσεις του πρωτοκόλλου TCP στο επίπεδο μεταφοράς και την υλοποίηση ενός νέου πρωτόκολλου διαχείρισης δικτύου. Η απόδοση της προτεινόμενης επικοινωνιακής διαστρωμάτωσης είναι υψηλή σε περιβάλλον με μεγάλη κινητικότητα των κόμβων και δυναμική αλλαγή της τοπολογίας ενώ παράλληλα η κατανάλωση ενέργειας των κόμβων παραμένει σχετικά χαμηλή. Οι αλγόριθμοι και τα πρωτοκόλλα που παρουσιάζονται σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς και τις απαιτήσεις ενός ενσωματωμένου συστήματος, ενώ η απόδοση και αξιοπιστία τους τεκμηριώνονται θεωρητικά και με εξομοιώσεις. / The research objective of this thesis is a complete solution so as to support the implementation of telecommunication applications in wireless networks that operate without the presence of fixed infrastructure. Such a network, cited as Mobile Ad-hoc Network (MANET) in international literature, is a self-organized, auto-configured wireless network with multi-hop routing paths where its structure is modified dynamically due to node mobility and topological changes. In order to meet the above requirements a new communication framework for MANET networks is presented, which consists of the adaptation of communication-related energy reduction techniques, development of a specialized routing protocol at the network layer, modifications of the TCP protocol at the transport layer and the implementation of a novel network management protocol. The performance of the proposed protocol stack is satisfactory in dynamic network topologies with increased node mobility, whereas the node energy consumption remains in low levels. The presented algorithms and protocols are designed and implemented considering the constraints and requirements of an embedded system, while their performance and reliability is proved theoretically and by simulation results.

Στόχος αυτής της εργασίας είναι να εισάγει τον αναγνώστη στις διεπαφές Parlay/OSA με απλό και συνοπτικό τρόπο. Οι διεπαφές Parlay/OSA είναι ένα σύνολο προγραμματιστικών διεπαφών που επιτρέπουν στους ανεξάρτητους προμηθευτές υπηρεσιών να δημιουργήσουν τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες. Οι διεπαφές περιλαμβάνουν εκτος των άλλων : το κομμάτι του ελέγχου της κλήσης, το κομμάτι της αλληλεπίδρασης με το χρήστη,το κομμάτι του εντοπισμού του χρήστη, καθώς και το κομμάτι της χρέωσης και τον λογιστικών πράξεων. Οι Parlay/OSA διεπαφές είναι πρότυπα των ETSI και 3GPP. Το πρώτο μέρος της εργασίας είναι μια εισαγωγή στο πληροφοριακό μοντέλο του Parlay/OSA. Στην συνέχεια αναλύουμε την λειτουργικότητα των API καθώς και τον τυπικό τρόπο λειτουργίας τους. Τέλος περιγράφονται δύο εφαρμογές όπου φαίνεται η χρήση και ο τρόπος λειτουργίας των διεπαφών. / The purpose of this thesis is to introduce the reader to the Parlay/OSA interfaces in a simple manner. Parlay/OSA interfaces are a set of programmable interfaces that enable third party service providers create telecommunication services. Parlay/Osa interfaces are ETSI and 3GPP models. The first part of this thesis is an introduction to Parlay/OSA APIs. After that, the APIs' functionality is described. Finally, two sample applications are described to show the use and functionality of the interfaces.

Η ανοδική πορεία των Ρ2Ρ δικτύων ήταν το αναπόφευκτο συνεπακόλουθο της ραγδαίας ανάπτυξης του διαδικτύου. Δυστυχώς, τα Ρ2Ρ δίκτυα εξελίχθησαν από χρήσιμα εργαλεία για την εύκολη και γρήγορη διαμοίραση της πληροφορίας, σε δίκτυα που επιτρέπουν τη μη εξουσιοδοτημένη διακίνηση των παράνομων αντιγραφών της πνευματικής ιδιοκτησίας. Για το λόγο αυτό, οι κάτοχοι της πνευματικής ιδιοκτησίας, χρησιμοποιούν ως αμυντικό τους όπλο, για την προστασία τους από τις παραβιάσεις στο copyright της πνευματικής τους ιδιοκτησίας, τις DRM τεχνολογίες, έτσι ώστε να κατορθώνεται ο έλεγχος στη διανομή της πνευματικής ιδιοκτησίας για να μην πέφτει το περιεχόμενο τους σε λάθος χέρια. Οι οπαδοί των Ρ2Ρ δικτύων εμφανίζονται να μην συμφωνούν με την εφαρμογή της DRM τεχνολογίας, η οποία τεχνολογία υποστηρίζει τους κατόχους της πνευματικής ιδιοκτησίας. Τα Ρ2Ρ δίκτυα προσφέρουν πολλές δυνατότητες στους χρήστες, καθώς και στους άλλους συμμετέχοντες στα επιχειρηματικά μοντέλα διανομής περιεχομένου. Για τους λόγους αυτούς, η μελλοντική ύπαρξη των Ρ2Ρ δικτύων θεωρείτε δεδομένη. Επομένως, η ενοποίηση της DRM τεχνολογίας με τις Ρ2Ρ αρχιτεκτονικές είναι αναπόφευκτή, επειδή οι κάτοχοι της πνευματικής ιδιοκτησίας προσπαθούν να διατηρούν τις ισορροπίες, ώστε να συνδυάζουν τη διατήρηση του ελέγχου της πνευματικής ιδιοκτησίας που τους ανήκει, με τη λειτουργικότητα που επιθυμούν οι χρήστες να εμφανίζει το ψηφιακό περιεχόμενο. Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας θα μελετήσουμε το ζήτημα της ολοκλήρωσης των Ρ2Ρ δικτύων μέσω της τεχνολογίας των DRM συστημάτων. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας μας, θα αναφερθούμε γενικά στο τι είναι η DRM τεχνολογία, για ποιο λόγο είναι σημαντική η εφαρμογή της τεχνολογίας αυτής στα ψηφιακά δεδομένα, ποιους περιορισμούς θέτει στους χρήστες και ποια μειονεκτήματα εμφανίζει. Στη συνέχει του κεφαλαίου, θα παρουσιάσουμε μια αναλυτική μελέτη της έννοιας του Digital Rights Management, των τεχνολογιών που σχετίζονται με την έννοια αυτή και θα γίνει μελέτη της μορφής που εμφανίζουν τα υπάρχοντα DRM συστήματα. Αρχικά, παρουσιάσουμε τους ορισμούς που σχετίζονται με την έννοια του DRM, καθώς και τις υπάρχουσες όψεις. Έπειτα, παραθέτουμε τις υπάρχουσες DRM τεχνολογίες, καθώς και τις ελλείψεις που παρουσιάζουνε οι τεχνολογίες αυτές. Στη συνέχεια, παρουσιάζουμε περιληπτικά ένα τυπικό DRM σύστημα και αναφερόμαστε στις απαιτήσεις και στα συστατικά στοιχεία ενός τέτοιου συστήματος. Επίσης, κάνουμε μια μικρή αναφορά στους τύπους των επιθέσεων που αντιμετωπίσουν συνήθως τα DRM συστήματα. Στο δεύτερο κεφάλαιο της εργασίας μας μελετάμε την έννοια Ρ2Ρ και αναφερόμαστε στην τεχνολογία των Ρ2Ρ δικτύων. Στο πρώτο μέρος του κεφαλαίου, θα ασχοληθούμε με την περιγραφή των Ρ2Ρ δικτύων. Θα αναφερθούμε στη δομή τους, στις κατηγοριοποιήσεις τους, καθώς και στα πλεονεκτήματα που εμφανίζουν. Στο δεύτερο μέρος του κεφαλαίου, ασχολούμαστε με την οικονομία των Ρ2Ρ δικτύων. Αρχικά, μελετάμε κάποιες σημαντικές Ρ2Ρ αρχιτεκτονικές και εφαρμογές, ενώ στη συνέχεια τονίζουμε τα οικονομικά χαρακτηριστικά που εμφανίζουν τα δίκτυα αυτά και τα συγκρίνουμε με τα όμοια χαρακτηριστικά που εμφανίζονται στη βιβλιογραφία της οικονομίας. Στο τρίτο μέρος του κεφαλαίου, συζητάμε τους κινδύνους που αντιμετωπίζουν οι προμηθευτές περιεχομένου και τις επιχειρηματικές ευκαιρίες που προκύπτουν από τα μοντέλα των Ρ2Ρ υπηρεσιών. Προτείνονται κάποιοι μηχανισμοί, οι οποίοι δίνουν κίνητρα συμμετοχής για το μετριασμό των κινδύνων που προκύπτουν από το free-riding και για τη βελτίωση της συνολικής οικονομικής δραστηριότητας των Ρ2Ρ υπηρεσιών συναλλαγής και περιγράφουμε σε γενικές γραμμές πως αυτό μπορεί να εφαρμοστεί ως χαρακτηριστικό του λογισμικού στα Ρ2Ρ συστήματα εφαρμογών. Εξετάζουμε επίσης, το ρόλο που παίζουν οι ενδιάμεσοι στα Ρ2Ρ συστήματα και τελειώνουμε το κεφάλαιο με την περιγραφή ενός μοντέλου τριών επιπέδων, το οποίο περιγράφει τις Ρ2Ρ υπηρεσίες στο επίπεδο των τεχνολογικών εφαρμογών, στο επίπεδο των εφαρμογών της κοινότητας και τέλος, στο επίπεδο των επιχειρηματικών εφαρμογών. Στο τρίτο κεφάλαιο της διπλωματικής, επεξηγείται το κίνητρο για την αναπόφευκτη κατάσταση της ενοποίησης της DRM τεχνολογίας με τις αρχιτεκτονικές των Ρ2Ρ δικτύων. Μετά από τη σύντομη ανασκόπηση που θα κάνουμε για το πώς απέκτησαν ύπαρξη τα DRM συστήματα και τα Ρ2Ρ δίκτυα, επεξηγούμε τις ανάγκες που δημιούργησαν και τις ευκαιρίες που οδήγησαν στην ανάπτυξη της διαδικασίας ενοποίησης της λειτουργικότητας των DRM συστημάτων με τα Ρ2Ρ δίκτυα. Στη συνέχεια, συζητάμε τα χαρακτηριστικά της DRM τεχνολογίας, τα οποία καθιστούν την τεχνολογία αυτή εξαιρετικά κατάλληλη για την ενοποίηση της με τα Ρ2Ρ δίκτυα, και συνοψίζουμε με τις ελλείψεις που εμφανίζουν πολλές από τις υπάρχουσες DRM επιλύσεις, εκτιμώντας και τα χαρακτηριστικά που αυτές εμφανίζουν. Τέλος, στο τελευταίο μέρος του κεφαλαίου μελετάμε κάποιες υπάρχουσες μελέτες για αρχιτεκτονικές συστημάτων, τα οποία συστήματα προσπαθούν να ενοποιήσουν τις εφαρμογές των DRM συστημάτων με τις τεχνολογίες των Ρ2Ρ δικτύων. Για την κάθε αρχιτεκτονική συστήματος παρουσιάζουμε μια αναλυτική μελέτη των τεχνολογιών που χρησιμοποιεί και των συστημάτων που εφαρμόζει. Τέλος, στα πλαίσια της διπλωματικής θα προσπαθήσουμε να υλοποιήσουμε ένα σύστημα το οποίο θα παρουσιάζει τα DRM συστήματα και τα Ρ2Ρ δίκτυα ως συμπληρωματικές τεχνολογίες. Πιο συγκεκριμένα, προτείνεται μια Ρ2Ρ υποδομή, η οποία επιτρέπει την ευρεία ανταλλαγή του ψηφιακού περιεχομένου, ενώ παράλληλα υποστηρίζει την προστασία του copyright και τη διαχείριση του διαμέσου των DRM τεχνολογιών. Η προστασία του ψηφιακού περιεχομένου θα πραγματοποιείται με τον έλεγχο στη πρόσβαση και τη χρησιμοποίηση των τεχνολογιών κρυπτογράφησης και ψηφιακής υδατοσήμανσης για τα υπό προστασία πνευματικά δεδομένα. / The ascendant course of P2P networks were the inevitable consequence of rapid growth of the internet. Unfortunately, the P2P networks were evolved by useful tools for the easy and fast distribution of information, in networks that allow the not permitted distribution of illegal copies of intellectual property. For this reason, the holders of intellectual property, use as their defensive arm, for their protection from the violations in the copyright of their intellectual property, the DRM technologies, so as to is achieved the control in the distribution of intellectual property in order to not fall their content in error hands. The partisans of P2P networks present itself to not agree with the application of DRM technology, which supports the holders of intellectual property. The P2P networks offer a lot of possibilities in the users, as well as in the other participating in the enterprising models for the distribution of the content. For this reasons, the future existence of P2P networks considering given. Consequently, the integration of DRM technology with the P2P architectures is inevitable, because the holders of intellectual property try to maintain the balances, so that they combine the maintenance of control of intellectual property that belongs to them, with the functionality that wish the users to present the digital content. In the frames of this diplomatic work, we will study the question of completion of P2P networks via the technology of DRM systems. In the first chapter of our work, we will be reported, as generally speaking, in what is the DRM technology, for who reason is important the application of this technology in the digital data, who restrictions it places in the users and what disadvantages it presents. Then, we will present an analytic study of significance of Digital Rights Management, the technologies that are related with this significance and will become study of form that presents the existing DRM systems. Initially, we present the definitions that are related with the significance of DRM, as well as the existing aspects. Then, we mention the existing DRM technologies, as well as the lack of these technologies. Afterwards, we present a formal DRM system and then, we report the requirements and the constitutive elements of such system. Also, we make a small report in the types of attacks that face usually the DRM systems. In the second chapter of our work, we study the significance of P2P and report the technology of P2P networks. In the first part of chapter, we will deal with the description of P2P of networks. We will be reported in their structure, in their classifications, as well as in the advantages that they present. In the second part, we dealt with the economy of P2P networks. Initially, we study certain important P2P architectures and applications, while afterwards we stress the economic characteristics that present these networks and compare these characteristics with the similar characteristics that are presented in the bibliography of economy. In the third part, we discuss the dangers that face the suppliers of content and the enterprising occasions that result from the models of P2P services. Are proposed certain mechanisms, which give motives of attendance for the mitigation of dangers that results from the free-riding and for improvement of total economic activity of P2P services of transaction and describes in general lines that this can be applied as characteristic of software in the applications of P2P systems. We examine also, the role that play the intermediary in the P2P systems and we finish the chapter with the description of a three-levels model, which describes the P2P services in the level of technological applications, in the level of applications of community and finally, in the level of enterprising applications. In the third chapter of diplomatic, is explained the motive for the inevitable situation of integrating DRM technology with the architecture of P2P networks. After the short examination that we will make for how acquired existence the DRM systems and the P2P networks, we explain the needs that created and the occasions that led to the growth of process of integrating the functionality of DRM systems with the P2P networks. Afterwards, we discuss the characteristics of DRM technology, which render this technology exceptionally suitable for integration with P2P networks, and we conclude with the lacks that present many from the existing DRM resolutions, appreciating and the characteristics that these present. Finally, in the last part of chapter we study some existing studies on architecture systems, which systems try to integrate the applications of DRM systems with the technologies of P2P networks. For each architecture system we present an analytic study of technologies that it uses and the systems that it applies. Finally, in the frames of diplomatic we will try to implement a system which will present the DRM systems and P2P networks as complementary technologies. More concretely, is proposed a P2P infrastructure, which allows the wide exchange of digital content, while at the same time supports the protection of the copyright and the management of digital content through the DRM technology. The protection of digital content will be realized with access control and utilization of encryption and digital watermarking technologies for the protected intellectual data.

Στην εργασία αυτή ασχολούμαστε με την αξιοποίηση των δεδομένων από διαφορετικά κοινωνικά δίκτυα (πιο συγκεκριμένα από Foursquare και Facebook) με σκοπό να ταυτοποιήσουμε τις ίδιες τοποθεσίες (ή αλλιώς σημεία ενδιαφέροντος) που έχουν εισαχθεί σε αυτά τα δίκτυα. Το πρόβλημα της ταυτοποίησης είναι σημαντικό να λυθεί διότι έτσι θα μπορούσε να αποκτηθεί μια καλύτερη εικόνα για τις αλληλεπιδράσεις των χρηστών με το φυσικό περιβάλλον με τη χρήση των μέσων κοινωνικής δικτύωσης (social data). Αυτό σημαίνει ταυτόχρονα και καλύτερη ανάλυση και αξιοποίηση αυτών δεδομένων, αφού θα έχουμε αναγνωρίσει μεγάλο μέρος των κοινών σημείων ενδιαφέροντος από ετερογενή σύνολα δεδομένων από τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης. Μια λύση στο πρόβλημα είναι η χρήση των αλγορίθμων μηχανικής μάθησης, που θα αποφασίζουν αν ένα ζεύγος σημείων αντιπροσωπεύει το ίδιο σημείο ενδιαφέροντος. / In this paper we deal with the exploitation of data from different social networks (more specifically from Foursquare and Facebook) in order to identify the same locations (or landmarks ) introduced in these networks . The problem of identification is important to solve it so he could get a better picture of the user interactions with the natural environment through the use of social media (social data). This means simultaneously and better analysis and use of such data , since we recognize much of the common points of interest from heterogeneous datasets from social media . One solution to this problem is the use of machine learning algorithms , which will decide whether a pair of points represents the same point of interest .

Σκοπός της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η υλοποίηση εφαρμογής για την άντληση δεδομένων από συσκευές μέτρησης ηλεκτρικής ενέργειας και την αποθήκευσή τους σε εξυπηρετητή. Ο έλεγχος των συσκευών μέτρησης και η παρουσίαση των αποθηκευμένων δεδομένων επιτυγχάνεται μέσω κατάλληλα σχεδιασμένης ιστοσελίδας. Η δομή και το περιεχόμενο της παρούσας εργασίας αναλύονται ακολούθως. Στο πρώτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μια εισαγωγή στα Έξυπνα Δίκτυα Ενέργειας, και παρουσιάζεται ένα εννοιολογικό μοντέλο. Στη συνέχεια αναλύονται τα οφέλη ενός τέτοιο Δικτύου και τέλος παρουσιάζονται συνοπτικά οι στόχοι και τα αποτελέσματα των ερευνητικών προγραμμάτων που είναι ενεργά στην Ευρώπη. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται ο όρος της νεφοϋπολογιστικής, παρουσιάζονται αφενός μεν τα πλεονεκτήματα, αφετέρου δε οι προκλήσεις που δημιουργούνται με την χρήση της τεχνολογίας αυτής. Στη συνέχεια επιχειρείται μια ιστορική αναδρομή και τέλος παρουσιάζεται ο εξυπηρετητής που χρησιμοποιείται στην παρούσα εργασία. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση της συσκευής μέτρησης που χρησιμοποιείται για τις ανάγκες της εργασίας. Επίσης παρουσιάζεται το πρωτόκολλο ZigBee, μέσω του οποίου γίνεται επικοινωνία της συγκεκριμένης συσκευής με τον υπολογιστή. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το Διαδίκτυο των Αντικειμένων. Η λογική συνέχεια αυτής της έννοιας είναι τα Μεγάλου Όγκου Δεδομένα, τα οποία αναλύονται. Στη συνέχεια παρουσιάζονται κάποια παραδείγματα του Διαδικτύου των Αντικειμένων και εξηγείται ο ρόλος του στο Έξυπνο Δίκτυο Ενέργειας. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η υλοποίηση. Αποτελείται από τον σχεδιασμό δύο προγραμμάτων. Το ένα εκτελείται στον υπολογιστή που επικοινωνεί μέσω ZigBee με την συσκευή μέτρησης και το άλλο στον εξυπηρετητή. Επίσης παρουσιάζεται ο σχεδιασμός της ιστοσελίδας που δίνει την δυνατότητα ελέγχου των συσκευών μέτρησης, καθώς και παρουσίασης των έως τώρα μετρήσεων. / The purpose of this diploma thesis is the implementation of an application in order to derive data from an electricity measuring device and store them in a cloud server. A website is designed in order to control the devices and present the data. The structure and the contexts of the present diploma thesis are presented in the following. Chapter one analyzes the Smart Energy Grid and presents a conceptual model. The benefits of the Smart Energy Grid are discussed and a summary of the objectives and results of active European research programs is given. In the second chapter an introduction to Cloud Computing is presented taking into account its advantages and drawbacks. The Cloud Server used in this diploma thesis is presented. The measuring device and ZigBee protocol is discussed in chapter three. Chapter four describes the Internet of Things and Big Data. Examples of Internet of Things are presented. The role of Internet of Things in the Smart Energy Grid is described. In chapter five an analysis of the implementation of the application is given. It consists of two programs. The first one is executed on the computer which is connected to the measuring device through ZigBee. The second one is executed on the Cloud Server. There is also an analysis of the website designed in this diploma thesis.

Οι τελευταίες εξελίξεις στα πεδία της ασύρματης μετάδοσης ενέργειας και των υλικών μπαταρίας προσφέρουν καινούριες δυνατότητες για τη διαχείριση της διαθέσιμης ενέργειας στα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων. Στο πρώτο πεδίο, έχει αποδειχθεί ότι, μέσω ισχυρά συζευγμένων μαγνητικών συντονισμών, η αποδοτικότητα μεταφοράς 60 watts ισχύος σε απόσταση δύο μέτρων φτάνει το 40% και σε απόσταση ενός μέτρου φτάνει το 75%. Επίσης, εμπορικά προϊόντα που κάνουν χρήση αυτής της τεχνολογίας, ήδη κυκλοφορούν στην αγορά. Στο δεύτερο πεδίο, πραγματοποιήθηκε πρόσφατα άκρως ταχεία φόρτιση με μπαταρίες LiFePO4, επιτρέποντας πλήρη φόρτιση σε μερικά μόνο δευτερόλεπτα. Αυτές οι τεχνολογικές εξελίξεις ανοίγουν το δρόμο προς ένα νέο παράδειγμα για τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων, τα Ασύρματα Επαναφορτιζόμενα Δίκτυα Αισθητήρων, τα οποία αποτελούνται από κόμβους αίσθησης (στάσιμους ή κινητούς) και έναν ή περισσότερους κινητούς κόμβους με υψηλό απόθεμα ενέργειας. Οι τελευταίοι, χρησιμοποιώντας τις προαναφερθείσες τεχνολογίες, επιτυγχάνουν γρήγορη ασύρματη φόρτιση των κόμβων αίσθησης. Με αυτόν τον τρόπο, μας δίνεται η δυνατότητα διαχείρισης του πολύ περιορισμένου πόρου της ενέργειας στο δίκτυο, με περισσότερη λεπτομέρεια και αποδοτικότητα. Σημαντικό είναι το γεγονός ότι, από την προοπτική των κόμβων αίσθησης, η διαχείριση της ενέργειας μπορεί να πραγματοποιηθεί παθητικά και χωρίς την υπολογιστική και επικοινωνιακή επιβάρυνση που εισάγουν σύνθετοι αλγόριθμοι διαχείρισης ενέργειας. Επίσης, η διαδικασία φόρτισης μπορεί να πραγματοποιηθεί με πρωτόκολλα τα οποία μελετώνται και σχεδιάζονται ανεξάρτητα από το υποκείμενο πρωτόκολλο δρομολόγησης που χρησιμοποιείται για την μετάδοση των δεδομένων. Το πρόβλημα. Έστω ένα Ασύρματα Επαναφορτιζόμενο Δίκτυο Αισθητήρων στο οποίο οι κόμβοι αίσθησης μεταδίδουν δεδομένα σε ένα κέντρο ελέγχου χρησιμοποιώντας ένα πρωτόκολλο δρομολόγησης και ο κινητός κόμβος φόρτισης, με απόθεμα ενέργειας σημαντικά μεγαλύτερο από έναν κόμβο αίσθησης, είναι ικανός να αναπληρώνει ασύρματα την ενέργεια των κόμβων αίσθησης. Το πρόβλημα που εξετάζουμε είναι η εύρεση της καλύτερης διαμόρφωσης του κινητού κόμβου φόρτισης, με σκοπό τη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας του δικτύου και της παράτασης της διάρκειας ζωής των κόμβων. Η συνεισφορά μας. Αν και έχουν γίνει ήδη σημαντικές ερευνητικές προσπάθειες για την ενεργειακά αποδοτική δρομολόγηση του κινητού κόμβου αίσθησης, οι περισσότερες προτεινόμενες λύσεις στη βιβλιογραφία μέχρι στιγμής υποθέτουν ολική γνώση επάνω στο δίκτυο. Αντιθέτως, οι λύσεις που παρέχουμε είναι πλήρως κατανεμημένες και προσαρμοστικές, και βασίζονται σε τοπική δικτυακή πληροφορία. Επίσης, τα πρωτόκολλά μας για τον κινητό κόμβο αίσθησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με κάθε πρωτόκολλο δρομολόγησης και προσαρμόζονται στην κατανομή των κόμβων αίσθησης στο επίπεδο. Τέλος αναγνωρίζουμε και σχεδιάζουμε σημαντικές παραμέτρους της διαδικασίας φόρτισης, όπως i) το ποσό της συνολικής αρχικής ενέργειας του δικτύου που δεσμεύει ο κινητός κόμβος φόρτισης, ii) το επίπεδο στο οποίο πρέπει να αναπληρώνεται η ενέργεια του κάθε κόμβου αίσθησης, iii) ποιες τροχιές πρέπει να ακολουθεί ο κινητός κόμβος φόρτισης ώστε να φορτίσει τους κόμβους αίσθησης. / Recent advances in the fields of wireless energy transmission and batteries material offer new possibilities for managing the available energy in WSNs. In the first field, the technology of highly efficient wireless energy transmission was proposed for efficient, non-radiative energy transmission over mid-range. It has been shown that through strongly coupled magnetic resonances, the efficiency of transferring 60 watts of power over a distance in excess of 2 meters is as high as 40%. Industry research also demonstrated that it is possible to improve transferring 60 watts of power over a distance of up to one meter with efficiency of 75%. At present, commercial products utilizing wireless energy transmission have been available on the market. In the second field, ultra-fast charging was recently realized in LiFePO4 by creating a fast ion-conducting surface phase through controlled off-stoichiometry. These technologies lead the way towards a new paradigm for wireless sensor networks; the Wireless Rechargeable Sensor Networks (WRSNs), which consist of sensor nodes that may be either stationary or mobile, as well as few mobile nodes with high energy supplies. The latter, by using wireless energy transmission technologies are capable of fast charging sensor nodes. This way, the highly constrained resource of energy can be managed in great detail and more efficiently. Another important aspect is the fact that energy management in WRSNs can be performed passively from the perspective of sensor nodes and without the computational and communicational overhead introduced by complex energy management algorithms. Finally, WRSNs allow energy management to be studied and designed independently of the underlying routing protocol used for data propagation. The Problem. Let a Wireless Rechargeable Sensor Network consisting of a set of stationary sensor nodes and a special mobile node called Mobile Charger. The sensor nodes are deployed uniformly at random over a network area and propagate data to a Sink using a routing protocol. The Mobile Charger has finite energy supplies, that are significantly greater than those of a single sensor node, and is capable of charging the sensors. The problem we study is identifying best possible configuration of the Mobile Charger in order to improve energy efficiency and to prolong the lifetime of the network. Our Contribution. While considerable research efforts have been invested into energy efficient scheduling of the Mobile Charger, proposed solutions in the literature so far require a global knowledge of the state of the network. On the contrary, the solutions proposed in this work are fully distributed and adaptive, and rely solely on local information. Furthermore, our proposed algorithm for the Mobile Charger can be used in combination with any underlying routing protocol and adapts on the distribution of sensors in the network area. We identify and investigate the following trade-offs: i) how the total available energy of the network should be split between sensor nodes and the Mobile Charger ii) given that the energy the charger may deliver to the nodes is finite, whether each sensor will be fully or partially charged and iii) what is the trajectory the Mobile Charger should follow in order to charge the sensor nodes.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται στην πρόβλεψη της διείσδυσης της FTTH (Fiber To The Home) τεχνολογίας στο σύνολο των αστικών και ημιαστικών περιοχών της Βόρειου Αμερικής. Η εν λόγω πρόβλεψη γίνεται με την χρήση μοντέλων διείσδυσης και μοντέλων ARIMA, ενώ γίνεται και σύγκριση με το αποτέλεσμα τροποποιημένων γενετικών αλγόριθμων, καθώς και με πραγματικές τιμές. Βασικός στόχος είναι να προβλέψουμε όσο το δυνατόν καλύτερα πώς θα συμπεριφερθεί η διείσδυση της συγκεκριμένης ευρυζωνικής υπηρεσίας στο εγγύς μέλλον. Γίνεται επίσης εκτενής αναφορά στα δίκτυα πρόσβασης, την αρχιτεκτονική των δικτύων, στις ευρυζωνικές υπηρεσίες και στις ευρυζωνικές τεχνολογίες πρόσβασης που υπάρχουν στις μέρες μας, καθώς και στα μοντέλα με τα οποία μπορεί να γίνει πρόβλεψη, με χρήση παρελθοντικών τιμών. / This dissertation concerns the provision FTTH (Fiber To The Home) penetration in urban and suburban areas of North America. This prediction is a result of the use of diffusion models, Arima Models, while the results of those models are compared with the results of modified genetic algorithms and real data. The main objective is to predict as better, as possible, the conduct of penetration, of a spesific broadband service in the near future. Another part of this dissertation, is an extensive reference to access networks, network architecture and broadband services and broadband access technologies that exist today,as well as, to models that prediction can be achieved, with the use of past values.

Πρόσφατα η ιντερνετική κοινότητα έστρεψε την προσοχή και το ενδιαφέρον της στα peer-to-peer συστήματα, όπου οι χρήστες προσφέρουν τους πόρους τους (αποθηκευτικό χώρο, υπολογιστικό χρόνο) και περιεχόμενο (αρχεία) στην διάθεση της κοινότητας. Οι χρήστες θεωρούνται ίσοι μεταξύ τους και ο καθένας συμμετέχει με διπλό ρόλο, τόσο σαν πελάτης, όσο και σαν εξυπηρετητής. Με αυτό τον τρόπο δημιουργούνται κοινότητες με αποκεντρωμένο έλεγχο, ευελιξία, σταθερότητα, κλιμάκωση, ανωνυμία κι αντοχή στην λογοκρισία. Ενώ όμως οι δυνατότητες αυτών των συστημάτων είναι ποικίλες, την μεγαλύτερη αποδοχή έχουν γνωρίσει τα συστήματα ανταλλαγής αρχείων όπως το Napster, Kazaa, Gnutella, eDonkey, BitTorrent. Το ενδιαφέρον των ερευνητών δεν έχει περιοριστεί μόνο στην ανταλλαγή δεδομένων μιας και η ανοιχτή φύση των peer-to-peer συστημάτων προσφέρει πολύ περισσότερες προκλήσεις. Ένα ενδιαφέρον πεδίο έρευνας είναι αυτό των τεχνικών εξισορρόπησης φόρτου. Η έρευνα που διεξάγεται μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες. Στην μια κατηγορία μπορούμε να εντάξουμε τεχνικές για την καλύτερη κατανομή των αντικειμένων στον χώρο ονομάτων για βελτιστοποιήσεις στην απόδοση της δρομολόγησης και αναζήτησης [Pastry, Tapestry, Chord]. Στην δεύτερη μπορούμε να εντάξουμε τεχνικές για την κατανομή αντιγράφων των αντικειμένων στους κόμβους του δικτύου, για βελτιστοποίηση του ρυθμού εξυπηρέτησης των χρηστών και της ποιότητας υπηρεσίας που τους προσφέρει το σύστημα, η οποία μπορεί άμεσα να συσχετιστεί με την διαθεσιμότητα. Ενώ η δεύτερη κατηγορία μπορούμε να πούμε ότι φαίνεται να είναι πιο ενδιαφέρουσα από την σκοπιά του τελικού χρήστη, η έρευνα στον τομέα αυτό δεν φαίνεται να λαμβάνει υπόψη της έναν ρεαλιστικό υπολογισμό του κόστους εφαρμογής των προτεινομένων τεχνικών. Έτσι κάποιες εργασίες δεν υπολογίζουν καθόλου το κόστος δημιουργίας αντιγράφων, ενώ κάποιες άλλες το θεωρούν σταθερό και ανεξάρτητο από το μέγεθος των αντικειμένων και τη σύνδεση των δυο κόμβων μεταξύ των οποίων γίνεται η επικοινωνία. Κάποιες λιγότερο ή περισσότερο προχωρούν λίγο παραπέρα και ορίζουν το κόστος να είναι ανάλογο του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου. Η διαφορά με την παρούσα εργασία είναι ότι δεν εμπεριέχουν την έννοια της εξισορρόπησης του φόρτου των κόμβων μεταξύ τους. Σε αυτή την εργασία προσπαθήσαμε να καθορίσουμε ένα σύνολο μετρικών απόδοσης μέσα από ένα πλαίσιο εργασίας για έναν όσο το δυνατόν περισσότερο ρεαλιστικό τρόπο υπολογισμού τους. Για να το πετύχουμε αυτό, καταρχήν σχεδιάσαμε ένα p2p σύστημα διαμοίρασης αρχείων με αρχιτεκτονική που βασίζεται στην οργάνωση των κόμβων σε ομάδες, ενώ στη συνέχεια ορίζοντας την έννοια του φόρτου υλοποιήσαμε τεχνικές για την εξισορρόπησή του. Για την αξιολόγηση των τεχνικών, ορίστηκε ένα σύνολο μετρικών οι οποίες καταγράφουν την απόδοση του συστήματος τόσο από την οπτική γωνία του συστήματος (επιθυμητή η δίκαιη κατανομή του φόρτου και η βέλτιστη χρήση των πόρων όπως κυρίως η διαθέσιμη χωρητικότητα των συνδέσεων των κόμβων μεταξύ τους), όσο κι από την οπτική γωνία του χρήστη (καλύτερη «ποιότητα υπηρεσίας» με το ελάχιστο δυνατό κόστος). Η πειραματική αξιολόγηση των τεχνικών έγινε μέσα σε ένα περιβάλλον προσομοίωσης, το οποίο υλοποιήθηκε από μηδενική βάση, έπειτα από μια μελέτη παρόμοιων συστημάτων. Τα κύρια χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος αυτού είναι α) η επεκτασιμότητα κι ευχρηστία του, β) απλή και ρεαλιστική βάση προσομοίωσης, γ) ύπαρξη πληθώρας παραμέτρων της προσομοίωσης που δίνονται σαν είσοδος από τον χρήστη και δ) δυνατότητα προσομοίωσης μεγάλου μεγέθους συστημάτων. / Recently the internet community has focused its interest on peer-to-peer systems, where users contribute their resources (storage space, computation time) and content (documents, files) to the community. The users are considered equivalent, each one participating with a dual role, both as a client and server. The communities formed under this simple peer-to-peer paradigm are characterized by the decentralized control, robustness, stability, scaling, anonymity and resistance to censorship. While there are various potential application domains of peer-to-peer systems, depending on the type of shared resources, the file sharing systems, such as Napster, Kazaa, Gnutella, eDonkey, BitTorrent, has known the greater acceptance. The “open nature” of peer-to-peer systems offers a wider area of research interest and much more challenges than just content sharing; interesting research domains include infrastructure, collaboration, searching, routing, load balancing, security etc Load balancing is a very interesting domain on such systems. The carried out research in this domain may be categorized in two categories. In the first, one can include techniques for better item distribution in the name space so as improvements in routing and searching can be accomplished [ref2 Pastry, Tapestry, Chord]. In the second, one can include techniques for items’ replicas placement to the network nodes, for improving the throughput and the Quality of Service provided to the users. The QoS can be straightforward related to the availability While the second category seems to be more interesting from the user’s perspective, the research in this domain does not seem to take into account a realistic cost evaluation of the proposed techniques. Some research studies just ignore it, while some others consider it constant and irrelative to the objects’ size and the connection between the two nodes where the object transfer occurs. Some others (less) (or more) get a little further and define the cost to be proportional to the needed storage capacity. The difference with our study is that the previous studies do not comprise the notion of load balancing among users as well as evaluate the cost under different assumptions. With our work we try to define a set of performance metrics through a framework based on a measurement as realistic as possible. To accomplish this, at first we designed a cluster based file sharing p2p system, then we defined the notion of load and finally implemented load balancing techniques. To evaluate these techniques we defined a set of metrics that record the system’s performance both from the system’s perspective (desirable the fair load distribution and the optimum use of resources like the available bandwidth of nodes’ connections) and the user’s (better “quality of service” with the least cost). For the experimental evaluation of these techniques we developed from scratch a simulation environment, after we studied similar systems. The main characteristics of this simulator are a) extensibility and usability, b) simple and realistic simulation base, c) availability of plenty simulation parameters given as input from the user d) scalability to simulate large scale systems.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την χρήση τεχνητών νευρωνικών δικτύων για την δημιουργία ενός αξιόπιστου μοντέλου πρόβλεψης της μέγιστης ημερήσιας συγκέντρωσης του τροποσφαιρικού όζοντος σε αστικό περιβάλλον. Η ανάλυση και η πρόβλεψη των επιπέδων της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, είναι σημαντικά θέματα της ατμοσφαιρικής και περιβαλλοντικής έρευνας, λόγω του αντίκτυπου που έχει η ατμοσφαιρική ρύπανση στην υγεία και την ποιότητα ζωής του ανθρώπου. Ένας από τους πιο σημαντικούς ρύπους είναι το τροποσφαιρικό όζον (O3), και ειδικότερα το όζον του κατώτερου οριακού στρώματος της ατμόσφαιρας (επιφανειακό ή surface ozone). Επομένως, η πρόβλεψη της μέγιστης συγκέντρωσης όζοντος στις πυκνοκατοικημένες αστικές περιοχές, είναι μεγάλης σπουδαιότητας για τον έλεγχο και τη βελτίωση της ποιότητας της ατμόσφαιρας. Μέχρι σήμερα, αν και διάφορα μοντέλα πρόβλεψης όζοντος έχουν ερευνηθεί, υπάρχει ακόμα η ανάγκη για ακριβέστερα μοντέλα, έτσι ώστε να αναπτυχθούν αποτελεσματικές στρατηγικές πρόληψης και ελέγχου σε περιπτώσεις που οι οριακές τιμές όζοντος ξεπερνιούνται πέρα από κάποιο συγκεκριμένο χρονικό διάστημα (επεισόδιο ρύπανσης). Χρησιμοποιήθηκαν χρονοσειρές συγκέντρωσης όζοντος και άλλων ρύπων που οδηγούν στην δημιουργία του, από το σταθμό της “Λυκόβρυσης” και του “Αμαρουσίου”, καθώς και μετεωρολογικά δεδομένα που σχετίζονται με την δημιουργία, καταστροφή και διασπορά ή διάχυση του όζοντος. Κατά τη βελτιστοποίηση του νευρωνικού δικτύου, δόθηκε έμφαση στην κατά το δυνατόν ακριβέστερη πρόγνωση των αυξημένων τιμών της συγκέντρωσης Ο3 (επεισόδια ρύπανσης για [Ο3] >=180 μg/m3), για τις οποίες απαιτείται η λήψη εκτάκτων μέτρων. Τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα, όπως αποδείχθηκε, αποτελούν μια πολύ καλή εναλλακτική λύση ως προς τις παραδοσιακές στατιστικές τεχνικές, καθώς για την εκπαίδευσή τους χρησιμοποιούνται διαθέσιμα στοιχεία προηγούμενων μετρήσεων αλλά και λόγω της ικανότητάς τους να χειρίζονται δεδομένα με μη γραμμικές σχέσεις μεταξύ τους. Αρχικά δοκιμάστηκαν διαφορετικές αρχιτεκτονικές νευρωνικών δικτύων επιτρέπουν την κατηγοριοποίηση των πρότυπων δεδομένων εισόδου, όπως οι χάρτες Kohonen, τα δίκτυα επιβλεπόμενης κατηγοριοποίησης LVQ και τα στοχαστικά RBF δίκτυα με σκοπό το μοίρασμα των δεδομένων εισόδου σε κατηγορίες σύμφωνα με τα επίπεδα όζοντος. Στη συνέχεια ελέγχθηκε η δυνατότητα πρόβλεψης με την χρήση πολυστρωματικών αντιληπτήρων πρόσθιας τροφοδότησης (Multilayer Feed-Forward) και εποπτευόμενης μάθησης μέσω διόρθωσης σφάλματος με ανατροφοδότηση (Back Propagation), γνωστά ως ΜultiLayer Perceptrons ή MLPs που έδωσαν και τα καλύτερα αποτελέσματα. Η απόδοση ενός μοντέλου πρόβλεψης της συγκέντρωσης του όζοντος της χαμηλής τροπόσφαιρας μπορεί να κριθεί από το ποσοστό των επεισοδίων που θα προβλεφθούν σωστά από το μοντέλο, σε αντιδιαστολή με το ποσοστό των ψεύτικων-λανθασμένων συναγερμών (δηλ. προβλέψεις επεισοδίων ρύπανσης που δεν συνέβησαν στην πραγματικότητα). Ο δείκτης απόδοσης SI, είναι ο δείκτης υψηλότερης σπουδαιότητας καθώς αντιπροσωπεύσει την απόδοση στην πρόβλεψη των επεισοδίων αλλά και στην γενικότερη συμφωνία μεταξύ των προβλεφθέντων και παρατηρηθέντων δεδομένων. Στο σταθμό της “Λυκόβρυσης” ο δείκτης απόδοσης SI κυμάνθηκε από 0,943 έως 0,831 και ο λόγος των ψεύτικων συναγερμών FA από 0 έως 0,014 ενώ στο σταθμό του “Αμαρουσίου” ο δείκτης απόδοσης SI κυμάνθηκε από 0,777 έως 0,68 και ο λόγος των ψεύτικων συναγερμών FA από 0,211 έως 0,234. / This study deals with the use of artificial neural networks for ground-level ozone modeling in the Athens area. Forecasting next day’s maximum hourly ozone concentration is an important topic of air quality research nowadays. The continuing worldwide environmental problem suggests the need for more accurate forecasting models. Development of such models is a difficult task as the meteorological variables and the photochemical reactions involved in ozone formation are complex. Meteorological variables and concentrations of ozone and ozone precursors, from two monitoring stations “Lykovrisi” and “Marousi”, are used as inputs in order to obtain the best estimate of the next day’s maximum hourly ozone concentration. The violation of the European public information threshold (ozone episode), defined by control authorities, of 180 μg/m3 is successfully predicted in most cases. Neural networks seem to be very well situated since they allow for nonlinear relations among input variables. Several architectures of Neural Networks were tested but Multi-Layer Perceptrons (MLPs) came up with the best results. At “Lykovrisi” monitoring station the Success Index (SI) that is able to represent performance in forecasting exceedances as well as the overall goodness between predicted and measured data, varied from 0.943 to 0.831 and the fraction of False Alarms (FA) that represents predicted episodes that didn’t happen to the overall number of predicted episodes, varied from 0 to 0.014. At “Marousi” monitoring station the SI varied from 0.777 to 0.68 and the fraction of False Alarms (FA) from 0.211 to 0.234.

Τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα είναι μια μορφή τεχνητής νοημοσύνης, τα οποία αποτελούνται από ένα σύνολο απλών, διασυνδεδεμένων και προσαρμοστικών μονάδων, οι οποίες συνιστούν ένα παράλληλο πολύπλοκο υπολογιστικό μοντέλο. Μέχρι σήμερα έχουν εφαρμοστεί επιτυχημένα σε ένα ευρύ φάσμα περιοχών για την επίλυση προβλημάτων ταξινόμησης ή πρόβλεψης, όπως η βιολογία, η ιατρική, η γεολογία, η φυσική κ.ά. Σε αυτήν την εργασία θα ασχοληθούμε με την εκπαίδευση τεχνητών νευρωνικών δικτύων ανά πρότυπο εισόδου. Αυτή η προσέγγιση θεωρείται κατεξοχήν κατάλληλη για περιπτώσεις όπου η εκπαίδευση διαθέτει σημαντικό χρόνο και απαιτεί μεγάλο αποθηκευτικό χώρο, όπως συμβαίνει συχνά όταν έχουμε μεγάλα σύνολα προτύπων ή/και δίκτυα. Μέχρι σήμερα έχουν προταθεί πολλοί αλγόριθμοι εκπαίδευσης νευρωνικών δικτύων, καλύπτοντας ο ένας τα κενά του άλλου, σχεδιασμένοι ώστε να επιλύουν τα προβλήματα που παλιότερα ήταν δύσκολο να επιλυθούν. Στόχος της εργασίας είναι η εκτενής ανάλυση και αξιολόγηση των αλγορίθμων εκπαίδευσης καθώς και η ικανότητα γενίκευσης των εκπαιδευόμενων δικτύων σε μια ποικιλία προβλημάτων από τους τομείς τις ιατρικής και της βιοπληροφορικής. Επίσης επηρεασμένοι από τη δυνατότητα για την επίτευξη καλύτερης απόδοσης θα μελετήσουμε την συμβολή των νευρωνικών δικτύων στη μηχανική μάθηση. Συγκεκριμένα θα αποτιμήσουμε τη συνεισφορά των νευρωνικών δικτύων στη δημιουργία αξιόπιστων συστημάτων αποφάσεων χρησιμοποιώντας τεχνικές συνδυασμού ταξινομητών. Τέλος, θα μελετήσουμε τις δυνατότητες συνδυασμού τους με διάφορες άλλες κατηγορίες ταξινομητών μηχανικής μάθησης για την ανάπτυξη ισχυρότερων υβριδικών συστημάτων εξαγωγής πληροφορίας. / Literature review corroborates that artificial neural networks are being successfully applied in a variety of regression and classification problems. Due of their ability to exploit the tolerance for imprecision and uncertainty in real-world problems and their robustness and parallelism, artificial neural networks have been increasingly used in many applications. It is well-known that the procedure of training a neural network is highly consistent with unconstrained optimization theory and many attempts have been made to speed up this process. In particular, various algorithms motivated from numerical optimization theory have been applied for accelerating neural network training. Moreover, commonly known heuristics approaches such as momentum or variable learning rate lead to a significant improvement. In this work we compare the performance of classical gradient descent methods and examine the effect of incorporating into them a variable learning rate and an adaptive nonmonotone strategy. We perform a large scale study on the behavior of the presented algorithms and identify their possible advantages. Additionally, we propose two modifications of two well-known second order algorithms aiming to overcome the limitations of the original methods.