Τα ασύρματα δίκτυα μικροαισθητήρων αποτελούνται από ένα πολύ μεγάλο πλήθος συσκευών που τοποθετούνται σε μία περιοχή ενδιαφέροντος και αυτοοργανώνονται σε ένα αδόμητο δίκτυο, προκειμένου να καταγράψουν/μετρήσουν/παρακολουθήσουν κάποια περιβαλλοντική μετρική ή φαινόμενο και εν συνεχεία να μεταφέρουν τα δεδομένα σε κάποιο κέντρο ελέγχου. Λόγω των πολύ περιορισμένων δυνατοτήτων των συσκευών, ειδικά όσον αφορά την εμβέλεια επικοινωνίας και τα αποθέματα ενέργειας, αλλά και λόγω του πλήθους τους, είναι απαραίτητη η ανάπτυξη νέων αλγορίθμων και πρωτοκόλλων σχεδιασμένων για τα ιδιαίτερα προβλήματα των δικτύων αισθητήρων. Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζουμε έρευνα επικεντρωμένη στην ανάπτυξη, προσομοίωση και αξιολόγηση ενεργειακά αποδοτικών αλγορίθμων, δηλαδή βασικός στόχος είναι η ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας. Παρά τη ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας του υλικού το πρόβλημα βελτιστοποίησης της ενέργειας των συσκευών αισθητήρων παραμένει επίκαιρο αφού οι υπάρχουσες και άμεσα διαφαινόμενες λύσεις μέσω υλικού δεν έχουν δώσει ικανοποιητική απάντηση. Επικεντρώνουμε την έρευνά μας σε τρεις βασικές κατευθύνσεις που στοχεύουν στην εξοικονόμηση και βελτιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας σε διαφορετικά επίπεδα. Κοινός στόχος είναι η μείωση του κόστους επικοινωνίας, μέσω της ανάδειξης καινοτόμων τεχνικών που δίνουν ώθηση στην ανάπτυξη νέων αλγορίθμων. Συγκεκριμένα, διερευνήσαμε τεχνικές κατανεμημένης προσαρμογής της λειτουργίας ενός πρωτοκόλλου όπου χρησιμοποιούμε πληροφορία διαθέσιμη τοπικά σε κάθε κόμβο ώστε με καθαρά τοπικές επιλογές, να βελτιώσουμε τη συνολική συμπε- ριφορά ενός πρωτοκόλλου. Επίσης προτείνουμε τεχνικές τοπικής συλλογής και εκμετάλλευσης περιορισμένης γνώσης των συνθηκών του δικτύου. Με ενεργειακά αποδοτικό τρόπο συλλέγουμε επιπλέον πληροφορία που χρησιμοποιούμε προκειμένου να επιτευχθούν βελτιστοποιήσεις όπως ο σχηματισμός ενεργειακά αποδοτικών, χαμηλής καθυστέρησης και ανθεκτικών σε σφάλματα μονοπατιών για μετάδοση δεδομένων. Ακόμα, διερευνούμε τεχνικές διαχείρισης της κινητικότητας σε περιπτώσεις δικτύων όπου χαρακτηριστικό είναι η κίνηση τόσο του κέντρου ελέγχου όσο και των συσκευών αισθητήρων. Εξετάσαμε μεθόδους διαπέρασης και κάλυψης του δικτύου από κινητά κέντρα ελέγχου που βασίζονται σε πιθανοτική κίνηση που ευνοεί την επίσκεψη κάποιων περιοχών με βάση τοπικά κριτήρια (συχνότητα προηγούμενων επισκέψεων, τοπική πυκνότητα δικτύου). Οι αλγόριθμοι που αναπτύσσουμε βασισμένοι σε αυτές τις τεχνικές λειτουργούν α) σε επίπεδο διαχείρισης της ίδιας της συσκευής, β) σε επίπεδο πρωτοκόλλου δρομολόγησης και γ) συνολικά σε επίπεδο δικτύου, αναδεικνύοντας μακροσκοπική συμπεριφορά από τοπικές αλληλεπιδράσεις. Οι αλγόριθμοι εφαρμόζονται σε περιπτώσεις δικτύων με διαφορές στην πυκνότητα, κατανομή κόμβων, διαθέσιμη ενέργεια αλλά και με ριζικές διαφοροποιήσεις στο μοντέλο αφού εξετάζουμε δίκτυα με παρουσία σφαλμάτων, σταδιακή ανάπτυξη κόμβων ακόμα και με κινούμενους κόμβους. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις οι τεχνικές μας πετυχαίνουν σημαντικά οφέλη γεγονός που αναδεικνύει την αξία τους σαν εργαλεία αλγοριθμικής σχεδίασης. / -

Μέχρι σήμερα στη δρομολόγηση στα ασύρματα αδόμητα δίκτυα λαμβάνεται ως κριτήριο ένα μοναδιαίο μέγεθος για κάθε σύνδεσμο του δικτύου, το οποίο αναπαριστά το κόστος της μετάδοσης πάνω στον συγκεκριμένο σύνδεσμο. Στη δρομολόγηση με βάση πολλαπλά κριτήρια η βασική ιδέα είναι ότι σε κάθε σύνδεσμο ανατίθεται ένα διάνυσμα από παραμέτρους-κόστη με βάση το οποίο προκύπτει και ένα αντίστοιχο διάνυσμα για κάθε μονοπάτι. Για κάθε ζευγάρι κόμβων αποστολέα-παραλήπτη γίνεται καταρχήν η εύρεση όλων των υποψήφιων για χρήση μονοπατιών. Τα υποψήφια μονοπάτια, που λαμβάνονται υπόψη κατά τη διαδικασία επιλογής, έχουν την ιδιότητα να είναι μη-κυριαρχημένα μεταξύ τους. Στη συνέχεια εφαρμόζεται στο σύνολο των μη-κυριαρχημένων μονοπατιών μια συνάρτηση που συνδυάζοντας τις συνιστώσες του κάθε διανύσματος παράγει το κόστος χρήσης κάθε μονοπατιού και έτσι το μονοπάτι με το ελάχιστο κόστος επιλέγεται για χρήση. Στα πλαίσια της εργασίας, καταρχήν μελετήθηκε ο αλγόριθμος δρομολόγησης με πολλαπλά κόστη χρησιμοποιώντας παραμέτρους-κόστη σχετικές με την ενέργεια, όπως η τρέχουσα διαθέσιμη ενέργεια στους κόμβους και η ισχύς μετάδοσής τους. Στη συνέχεια στις παραμέτρους προστέθηκε και η παρεμβολή που δημιουργείται από τη μετάδοση πάνω σε ένα σύνδεσμο. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων έδειξαν ότι ο αλγόριθμος δρομολόγησης με πολλαπλά κόστη, σε σχέση με τον ελάχιστου μήκους διαδρομής, κατανέμει πιο ομοιόμορφα την κίνηση στο δίκτυο, επιμηκύνει τον χρόνο ζωής του δικτύου και αυξάνει το ποσοστό των παραδιδόμενων πακέτων. Στο επόμενο στάδιο της εργασίας έγινε μια κατανεμημένη υλοποίηση του αλγορίθμου δρομολόγησης με πολλαπλά κόστη, που επιπλέον λαμβάνει υπόψη την κινητικότητα των κόμβων του δικτύου, η οποία και πάλι φάνηκε να υπερέχει έναντι πιο παραδοσιακών πρακτικών. Τέλος η ιδέα της δρομολόγησης με πολλαπλά κόστη εφαρμόστηκε για τη λύση του προβλήματος ενεργο-αποδοτικής πολλαπλής ή ολικής εκπομπής (multicasting ή broadcasting, αντίστοιχα). Στόχος ήταν να βρεθεί η βέλτιστη ενεργο-αποδοτικά ακολουθία συνδέσμων πάνω στους οποίους πρέπει να γίνει μετάδοση ενός πακέτου προκειμένου να υλοποιηθεί η επιθυμητή εκπομπή. Σαν παράμετροι-κόστη χρησιμοποιήθηκαν η τρέχουσα διαθέσιμη ενέργεια και η ισχύς μετάδοσης των κόμβων. Τα αποτελέσματα δείχνουν σαφή υπεροχή του αλγορίθμου με πολλαπλά κόστη έναντι παραδοσιακών λύσεων τόσο για πολλαπλή εκπομπή όσο και για ολική εκπομπή. / Until now, routing in wireless ad hoc networks has been studied by taking into account a single scalar metric for every network link, representing the cost of transmitting through this link. In multicost routing a vector of cost parameters is assigned to each link, based on which a respective cost vector is produced for every path in the network. For every source-destination pair all the candidate paths are initially calculated that are non-dominated to each other. At the cost vectors of the candidate paths, an optimization function is applied in order to produce a cost for each path based on which the selection of the optimal one is made. In the present thesis multicost routing in wireless ad hoc networks was studied initially using as cost parameters the node residual energy and transmission power. As a next step the interference cause by the transmission of each link was added to the cost vectors assigned to each network link. The simulation results showed that multicost routing in comparison to traditional routing practices achieves more uniform traffic distribution and energy consumption in the network, prolongs the network lifetime and increases the percentage of the packets that are successfully delivered to their destinations. Expanding these ideas, the multicost routing algorithm was next implemented in a fully distributed fashion in which additionally the node mobility was taken into account. The results again proved that a significant improvement was accomplished compared to minimum-hop routing. Finally, multicost routing was applied in the field of multicasting and broadcasting in wireless ad hoc networks. The emphasis was again on energy-efficiency by incorporating energy-related cost parameters like node residual energy and transmission power. The multicost algorithm calculates the optimal energy-efficient sequence of nodes that by transmitting implement the desired communication task (multicasting or broadcasting). Simulation results illustrate a clear advantage of our algorithm over established solutions for energy-efficient multicasting and broadcasting.

Θα περιγράψουμε τις βασικές λειτουργίες ενός VoIP δικτύου, τα συστατικά του μέρη, καθώς και τα πρωτόκολλα που είναι υπεύθυνα για την εγκατάσταση, τον έλεγχο και τον τερματισμό μιας VoIP υπηρεσίας-συνομιλίας. Τα πρωτόκολλα αυτά ονομάζονται πρωτόκολλα σηματοδοσίας. Τα πρωτόκολλα σηματοδοσίας για VoIP εφαρμογές και ιδιαίτερα το πρωτόκολλο SIP (Session Initiation Protocol) είναι το βασικό θέμα της παρούσας εργασίας. Συγκεκριμένα, έγινε ανάπτυξη ενός SIP User Agent, το λογισμικό του οποίου θα εκτελείται στο δικτυακό επεξεργαστή IXP425 της Intel, μαζί με τα απαραίτητα πρωτόκολλα για την κωδικοποίηση-αποκωδικοποίηση και μετάδοση δειγμάτων φωνής σε μορφή πακέτων δεδομένων. Το αποτέλεσμα αναμένεται να είναι ένα ολοκληρωμένο προϊόν (VoIP phone) για την πραγματοποίηση VoIP κλήσεων. / -

Σκοπός της διατριβής είναι η ανάλυση, η μελέτη και η μοντελοποίηση της συμπεριφοράς τόσο των ευφυών πρακτόρων όσο και των χρηστών σε εικονικά περιβάλλοντα μάθησης, με τη χρήση τεχνικών υπολογιστικής νοημοσύνης. Το θεματικό αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής αποτελεί ένα σύγχρονο αντικείμενο βασικής έρευνας με μεγάλο εύρος πρακτικών εφαρμογών. Η βάση της ερευνητικής δραστηριότητας εστιάζεται σε δύο βασικούς τομείς: 1. Προσαρμόσιμη μοντελοποίηση συμπεριφορών ευφυών πρακτόρων σε εικονικά περιβάλλοντα μάθησης, σύμφωνα με κανόνες βελτιστοποίησης της μαθησιακής επίδρασης στο χρήστη μέσα στο εικονικό περιβάλλον μάθησης. 2. Μοντελοποίηση χρηστών εικονικών περιβαλλόντων μάθησης, με στόχο τη βελτιστοποίηση της μαθησιακής επίδρασης στο χρήστη. Για τη μοντελοποίηση, τόσο της συμπεριφοράς των ευφυών πρακτόρων, όσο και των χρηστών, χρησιμοποιήθηκαν προηγμένες τεχνικές υπολογιστικής νοημοσύνης (Bayesian Δίκτυα, Γενετικοί και Εξελικτικοί Αλγόριθμοι). Αυτές οι τεχνικές, εκτός από την ευφυΐα, ενσωματώνουν και το επιθυμητό χαρακτηριστικό της προσαρμοσιμότητας, με την έννοια ότι μπορούν να προσαρμόζονται στις αλλαγές του περιβάλλοντος. Τα παραπάνω αποτελέσματα αξιολογήθηκαν στη χρήση τους σε Ευφυή Εικονικά Συστήματα Μάθησης βασισμένα στο Web (Intelligent Virtual Learning Systems – IVLS), τα οποία αποτελούν ουσιαστικά το μέσον εξαγωγής συμπερασμάτων και υποστηρικτικού υλικού για τη μετρήσιμη συμπεριφορά τόσο των ευφυών πρακτόρων όσο και των χρηστών, μέσα σε τέτοια περιβάλλοντα. / The main objectives of the thesis are the analysis, study and the provision of a behavior modeling procedure of the intelligent agents and the students in virtual e-learning systems using computational intelligence techniques. The domain of the thesis is a topic of basic research with a large scale of applied results. The basis of the research is focused in two main sectors: 1. Adaptive behavior modeling of intelligent agents in virtual learning systems, according to specific optimization rules of the learning process during the interaction of the user/student with the e-learning environment. 2. User modeling of the users of virtual learning environments towards the optimization of the learning process. For the modeling procedure of the behavior of intelligent agents and of the users specific computational intelligence techniques have been applied (Bayesian Networks, Genetic και Evolutionary Algorithms). The specific techniques provide intelligence to the system and the most important the feature of adaptability. The aforementioned results have been evaluated on Intelligent Virtual Learning Systems, which constitute the medium for the inference of the results and the mean for supportive material for the measurable behavior of the intelligent agents and of the users in Intelligent Virtual Learning Systems.

Στην εν λόγω εργασία, έγινε μια προσπάθεια καταγραφής του τεχνολογικού τοπίου της τηλεπικοινωνιακής αγοράς, με έμφαση την διαλειτουργικότητα μεταξύ των Δικτύων Κινητής Τηλεφωνίας και των Ασύρματων Δικτύων Δεδομένων και των σχετικών αλλαγών που έχει επιφέρει αυτή η διαλειτουργικότητα, τόσο στις παρεχόμενες υπηρεσίες, όσο και στα εφαρμοζόμενα επιχειρηματικά μοντέλα από πλευράς εταιρειών της συγκεκριμένης αγοράς. Στα πλαίσια αυτής της προσπάθειας, χρειάστηκε να πραγματοποιηθεί μια λεπτομερής καταγραφή των τεχνολογικών εξελίξεων, σε επίπεδο τεχνικών προδιαγραφών και προτύπων, στις παραπάνω δύο κατηγορίες δικτύων, ώστε να καταλήξουμε σε εκείνα τα πρότυπα που πλέον μπορούν να οδηγήσουν στην υλοποίηση δικτύων τα οποία θα χαρακτηρίζονται από τα παρακάτω: • θα είναι ενοποιημένα ώστε οι διαφορετικές τεχνολογικές πλατφόρμες των εταιρειών να λειτουργούν απρόσκοπτα, • θα χαρακτηρίζονται από χαμηλό κόστος, • ο τελικός χρήστης θα μπορεί να είναι συνεχώς συνδεδεμένος με κάποιο δίκτυο ασύρματης πρόσβασης και να απολαμβάνει τις υπηρεσίες που επιθυμεί, οποτεδήποτε και οπουδήποτε. Η δομή της διπλωματικής εργασίας ακολουθεί τον προαναφερθέντα τρόπο σκέψης. Στο 1ο Κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη παρουσίαση του στόχου σε επίπεδο τεχνολογιών αλλά και υπηρεσιών, δηλαδή των αναμενόμενων αποτελεσμάτων αυτών των δικτύων νέας γενιάς, στα οποία έχουμε συνηθίσει να αναφερόμαστε ως δίκτυα 4G (4th Generation) ή δίκτυα B3G (Beyond 3G) ή τέλος ως All – IP ασύρματα δίκτυα. Στο 2ο Κεφάλαιο, γίνεται μια λεπτομερής παρουσίαση των Δικτύων Κινητής Τηλεφωνίας από τις πρώτες τους εκδοχές (1G) έως τις πλέον σύγχρονες (3.5G) που έχουν εμφανιστεί μέχρι σήμερα. Αναλύονται τόσο οι γενιές των δικτύων όσο και τα χρησιμοποιούμενα πρότυπα, σε επίπεδο αρχιτεκτονικής όσο και σε επίπεδο πρωτοκόλλων. Στη συνέχεια του κεφαλαίου υπάρχει η τεχνική περιγραφή των επικρατέστερων δικτύων κινητής τηλεφωνίας, σήμερα, δηλαδή των GSM, GPRS και UMTS, ενώ στο τέλος του κεφαλαίου υπάρχει μια σύντομη περιγραφή της διαδικασίας intersystem handover μεταξύ των GSM και UMTS. Στο 3ο Κεφάλαιο, περνάμε πλέον στα Ασύρματα Δίκτυα Δεδομένων. Γίνεται μια εκτενής περιγραφή των προτύπων που έχουν καθοριστεί και συγκεκριμένα στα πρότυπα IEEE 802.15 Wireless Personal Area Networks (WPANs) με κυριότερους εκφραστές τα δίκτυα βασιζόμενα σε Bluetooth και IrDA, το πρότυπο IEEE 802.11 Wireless Local Area Networks (WLANs) με σημαντικότερος εκπροσώπους τα WiFi και HyperLan/2, το πρότυπο IEEE 802.16 Wireless Metropolitan Area Networks (WMANs) ή αλλιώς γνωστότερο ως WiMAX και τέλος το πρότυπο IEEE 802.20 Wireless Wide Area Networks (WWANs) ή διαφορετικά Mobile Broadband Wireless Access (MWBA) το οποίο είναι υπό διερεύνηση ακόμα και φιλοδοξεί να αποτελέσει το ασύρματο ανάλογο της τεχνολογίας xDSL, καθώς θα προσφέρει ασύρματες ευρυζωνικές υπηρεσίες. Στο 4ο Κεφάλαιο παρουσιάζονται μεθοδολογίες υλοποίησης του integration μεταξύ δικτύων των δύο κατηγοριών και συγκεκριμένα παραδείγματα διαλειτουργικότητας, όπως μεταξύ GPRS ή UMTS και WLANs ή μεταξύ UMTS και WiMAX. Γίνεται εκτενής συζήτηση γύρω από τα προβλήματα που θα πρέπει να αντιμετωπιστούν, όπως η εξασφάλιση ανεκτού επιπέδου QoS, οι μηχανισμοί για handover μεταξύ των δικτύων, η διαχείριση της κινητικότητας των χρηστών και των τερματικών και δίνονται παραδείγματα δημιουργίας ενοποιημένων δικτύων, τόσο με τη τεχνική της χαλαρής όσο και με την τεχνική της ισχυρής ζεύξης. Στο τελευταίο τμήμα του Κεφαλαίου, γίνεται μια εκτενής αναφορά στις αρχιτεκτονικές διασύνδεσης ετερογενών δικτύων με IP δίκτυα κορμού, τα γνωστά All – IP networks. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στους μηχανισμούς πραγματοποίησης των handovers βάσει πολιτικών (policy based) και η χρήση τεχνικών για micromobility και macromobility σε σχέση με την κινητικότητα των τερματικών. Το 5ο Κεφάλαιο αφορά τις εφαρμογές και υλοποιήσεις ασυρμάτων δικτύων δεδομένων στον Ελληνικό χώρο, στα πλαίσια του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Κοινωνία της Πληροφορίας» και πιο συγκεκριμένα τα «Εξοπλισμός και δικτύωση σε όλες τις βαθμίδες της εκπαίδευσης», «Ασύρματα Ευρυζωνικά Δίκτυα ΟΤΑ»και «Μητροπολιτικά Ευρυζωνικά Δίκτυα Οπτικών Ινών ΟΤΑ» και ουσιαστικά αποτελούν παραδείγματα και υλοποιήσεις διασύνδεσης WiFi, WiMAX και IP backbone δικτύων όπως το ΣΥΖΕΥΞΙΣ με δυνατότητες για παροχή VoIP. / In this thesis, an effort of presenting the technological landscape of the telecommunication market takes place, with focus on the interoperability between the Mobile Telephony Networks and the Wireless Data Networks and the relative changes that have evolved through this interoperability, both regarding the provided services and the applied business models by the enterprises of the specific market. Within the frames of this effort, a detailed recording of technological developments is realised, in terms of technical specifications and standards, in the two aforementioned categories of networks, so as to conclude to those standards that are utilized by the next generation networks (4G) which will be: • Networks that will be unified so as the different technological platforms will function smoothly. • Networks that will be characterized by low cost of deployment. • The end user will be continuously connected with a wireless access network, enjoying the preferred services anywhere and anytime. The master thesis structure follows the aforementioned methodology. The 1st Chapter includes a short presentation of expected results, both in terms of technologies and services for next generation networks, which we usually refer to as 4G networks (4th Generation) or B3G networks (Beyond 3G) or finally as All - IP wireless networks (AIPN). In the 2nd Chapter, a detailed presentation of Mobile Telephony Networks takes place, from their first versions (1G) until the most modern (3.5G) that have been presented up to today. The analysis includes both the various generations of networks and the used standards, in terms of modulation and multiplexing techniques. The rest of the chapter focuses on the technical description of the prevailing networks, GSM, GPRS and UMTS, while the chapter ends with a short description of intersystem handover processes between GSM and UMTS. Τhe 3rd Chapter, includes an extensive description of the Wireless Data Networks standards such as: IEEE 802.15 Wireless Personal Area Networks (WPANs) with main representatives networks based on Bluetooth and IrDA, standard IEEE 802.11 Wireless Local Area Networks (WLANs) mainly represented by WiFi and HyperLan/2, IEEE 802.16 Wireless Metropolitan Area Networks (WMANs) standard, widely known as WiMax and finally the IEEE 802.20 Wireless Wide Area Networks (WWANs) standard, namely Mobile Broadband Wireless Access (MWBA) that is still under development and aspires to constitutes the wireless version of the xDSL technology, since it aims to provide wireless broadband services. In the 4th Chapter methodologies for integrating the two types of networks, are presented along with examples of interoperability between GPRS / UMTS and WLANs or between UMTS and WiMAX. Extensive discussion around the problems that should be faced, as the guarantee of bearable QoS level, the mechanisms for handover between the networks and the management of mobility of users and terminals, is held. Moreover, examples of integrated networks with both loose and tight coupling methodologies are presented. The last section of the chapter concerns a detailed description of architectures for interconnecting heterogeneous wireless networks over IP – based backhaul networks, namely All – IP networks, with special focus on policy based handover mechanisms and techniques for managing micromobility and macromobility issues. The 5th Chapter concerns the changes taking place in the telecommunications market deriving from the technological progress in the subject of heterogeneous wireless networks interconnection. New service packets are created, as a result of new business plans that are drawn up by the big telecommunications organizations. Finally, we present the developments in the Greek market and subsidised projects from Information Society AE, via which wireless networks have been materialised, with aim to promote Broadband Services.

Κατά την διάδοση του σήματος στα οπτικά δίκτυα η ποιότητα του λαμβανόμενου σήματος εξασθενεί λόγω των διαφόρων ειδών απωλειών που υπεισέρχονται κατά τη μετάδοση. Οι κυριότερες εξ’ αυτών είναι: ο θόρυβος λόγω των οπτικών ενισχυτών, η διαφωνία, η χρωματική διασπορά, η διασπορά τρόπων πόλωσης, η μείξη τεσσάρων κυμάτων, η αυτοδιαμόρφωση φάσης κτλ. Προκειμένου να επιτευχθεί αποδεκτή ποιότητα λαμβανόμενου σήματος στον δέκτη είναι απαραίτητη, ιδιαίτερα για μεγάλα μονοπάτια, η χρήση οπτικών 3R αναγεννητών σε κάποιους ενδιάμεσους κόμβους για την περιοδική αναμετάδοση του σήματος. Στην παρούσα διπλωματική εργασία σχεδιάζονται και υλοποιούνται στατικοί αλγόριθμοι δρομολόγησης και ανάθεσης μηκών κύματος για ημιδιαφανή οπτικά δίκτυα. Συγκεκριμένα, θεωρώντας μια δικτυακή τοπολογία, έναν αριθμό διαθέσιμων μηκών κύματος, μια μήτρα κίνησης και μια (αραιή) τοπολογία 3R αναγεννητών για το εξεταζόμενο δίκτυο (ή εκφράζοντάς το διαφορετικά έναν αριθμό ελεύθερων πομποδεκτών για κάθε κόμβο του δικτύου) επιχειρείται η μεγιστοποίηση του αριθμού των συνδέσεων που μπορούν να επιτευχθούν, διατηρώντας παράλληλα την επιθυμητή ποιότητα μετάδοσης. Έτσι, το πρόβλημα της επιλογής της ακολουθίας των αναγεννητών μέσα από τους οποίους θα δρομολογηθεί η κάθε αδιαφανής αίτηση σύνδεσης, μοντελοποιείται σαν ένα πρόβλημα εικονικής τοπολογίας (virtual topology problem). Στην συνέχεια το πρόβλημα αυτό επιλύεται με τη βοήθεια μιας σειράς αλγορίθμων από πολύπλοκους που βασίζονται σε σχηματισμούς ακέραιου γραμμικού προγραμματισμού (Integer Linear Programming – ILP) έως απλούστερους αλλά πάντα πρακτικούς ως προς την εύρεση λύσης, ευριστικούς αλγόριθμους. Ύστερα από την επιλογή της ακολουθίας των χρησιμοποιούμενων αναγεννητών για κάθε αδιαφανή αίτηση σύνδεσης, η μήτρα κίνησης μετασχηματίζεται σε μια ισοδύναμη διαφανή, όπου κάθε αδιαφανής αίτηση έχει αντικατασταθεί από μια σειρά διαφανών συνδέσεων που τερματίζουν και ξεκινούν από τους συγκεκριμένους 3R κόμβους αναγέννησης. Ακολούθως, εφαρμόζεται ένας διαφανής IA-RWA αλγόριθμος για τη μετασχηματισμένη μήτρα κίνησης, ενώ τυχόν συνδέσεις που μποκάρονται ύστερα από την εφαρμογή του διαφανή αλγορίθμου επαναδρομολογούνται χρησιμοποιώντας τους υπολοιπόμενους αναγεννητές. Η Ποιότητα Μετάδοσης (Quality of Transmission QoT) των δημιουργουμένων lightpaths υπολογίζεται με τη βοήθεια ενός εκτιμητή της παραμέτρου Q του κάθε lightpath. Για την μοντελοποίηση των φυσικών περιορισμών του δικτύου χρησιμοποιούνται αναλυτικές φόρμουλες. Η απόδοση του προτεινόμενου αλγορίθμου υπολογίστηκε διεξάγοντας εξομοιώσεις για μια παραλλαγή του DTnet δικτύου εισάγοντας τη μοναδιαία μήτρα κίνησης. Η απόδοση του αλγορίθμου κρίνεται ικανοποιητική όχι μόνο για μεσαία, αλλά και για μεγάλης κλίμακας δίκτυα παρέχοντας βέλτιστες λύσεις. Το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου εκτέλεσης του αλγορίθμου, οφείλεται στον υπολογισμό του διαφανούς IA-RWA αλγόριθμου της δεύτερης φάσης. Σχετικά με την απόδοση των εξεταζόμενων αλγορίθμων της πρώτης φάσης, φαίνεται ότι ο αλγόριθμος που παρουσιάζει τα καλύτερα αποτελέσματα είναι αυτός που ελαχιστοποιεί τον μέγιστο αριθμό των χρησιμοποιούμενων αναγεννητών μεταξύ των διαφορετικών κόμβων αναγέννησης του σήματος. / Physical impairments in optical fiber transmission necessitate the use of regeneration at certain intermediate nodes, at least for certain lengthy lightpaths. We design and implement impairment-aware algorithms for routing and wavelength assignment (IA-RWA) in translucent optical networks. We focus on the offline version of the problem, where we are given a network topology, the available wavelengths, a traffic matrix and a (sparse) placement of 3R regenerators in the network (or, in a slightly different setting, the number of available transceivers at each network switch), and we aim at maximizing the number of connections served with adequate quality of transmission. We formulate the problem of choosing the sequence of regenerators to be used by non-transparent connections as a virtual topology design problem, and address it using various algorithms, ranging from an integer linear program (ILP) to simple heuristic algorithms. Once the sequence of regenerators to be used has been determined, we transform the traffic matrix by replacing non-transparent connections with a sequence of transparent connections that terminate and begin at the specified 3R intermediate nodes. Using the transformed matrix we then apply an IA-RWA algorithm designed for transparent (as opposed to translucent) networks to route the traffic. Connections that are blocked are re-routed using any remaining regenerator(s).

Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται η χρήση τεχνολογίας Έμπειρων Συστημάτων για την πρόβλεψη της επιτυχίας ενός μαθητή Τ.Ε.Ε. στις εισαγωγικές πανελλαδικές εξετάσεις στα Α.Τ.Ε.Ι. και η απόδοσή της συγκρίνεται με αυτή της Ανάλυσης Λογιστικής Παλλινδρόμησης και των Νευρωνικών Δικτύων. Είναι σημαντικό για τους καθηγητές, αλλά και τη διοίκηση του σχολείου, να είναι σε θέση να εντοπίζουν τους μαθητές με υψηλή πιθανότητα αποτυχίας ή χαμηλής απόδοσης ώστε να τους βοηθήσουν κατάλληλα. Για το σκοπό της παρούσας εργασίας αναπτύσσεται Έμπειρο Σύστημα βασισμένο σε κανόνες, το οποίο υλοποιείται σε δυο εκδοχές: η πρώτη χρησιμοποιεί τους συντελεστές βεβαιότητας του MYCIN και η δεύτερη μια γενικευμένη εκδοχή της σχέσης των συντελεστών αβεβαιότητας του MYCIN με τη βοήθεια αριθμητικών βαρών για κάθε συντελεστή βεβαιότητας (PASS). Ο σχεδιασμός του έμπειρου συστήματος σε κάθε περίπτωση, η ανάλυση Λογιστικής Παλινδρόμησης και η ανάπτυξη Νευρωνικού Δικτύου βασίζονται στην ανάλυση δημογραφικών και εκπαιδευτικών δεδομένων των μαθητών, κυρίως όμως στην ανάλυση δεδομένων της απόδοσής τους κατά τις σπουδές τους (Φύλο, Ηλικία, Ειδικότητα, Βαθμός Α (ο Γενικός Βαθμός της Α’ Τάξης), Βαθμός Β (Γενικός Βαθμός της Β’ τάξης) και Βαθμός ΑΓ (ο Μέσος Όρος των βαθμών στα τρία εξεταζόμενα μαθήματα κατά το Α’ τετράμηνο σπουδών). Με δεδομένο το ότι η πρόβλεψη της επιτυχίας ή μη ενός μαθητή στις εισαγωγικές εξετάσεις εμπεριέχει ένα μεγάλο βαθμό αβεβαιότητας, η αβεβαιότητα αυτή έχει καθοριστικό ρόλο στη σχεδίαση του έμπειρου συστήματος σε κάθε εκδοχή του. Το Έμπειρο Σύστημα PASS, η Ανάλυση Λογιστικής Παλινδρόμησης και τα Νευρωνικά Δίκτυα έχουν περίπου την ίδια ακρίβεια στην πρόβλεψή τους ενώ το MYCIN μικρότερη. Το MYCIN εμφανίζει την υψηλότερη ευαισθησία. Το Έμπειρο Σύστημα PASS, η Ανάλυση Λογιστικής Παλινδρόμησης και τα Νευρωνικά Δίκτυα έχουν περίπου την ίδια ειδικότητα, με το PASS να έχει ελαφρώς υψηλότερη τιμή ενώ το MYCIN έχει την χαμηλότερη τιμή. / In this paper, the use of the technology of the Expert Systems is presented in order to predict how certain is that a student of a specific type of high school in Greece will pass the national exams for entering a higher education institute, and the results are compared with that of Logistic Regression Analysis and Neural Networks. Predictions are based on various types of student’s student (sex, subject of studies, general degree of class A, general degree of class B, mean degree of the three basic lessons of class C). The aim is to use the predictions to provide suitable support to the students during their studies towards the national exams. The expert system is a rule-based system that uses a type of certainty factors and is developed based on two versions. The first one uses the MYCIN certainty factors combination to produce the final prediction based on rules with the same conclusion. The second one (PASS) introduces a parameterized linear formula for combining the certainty factors of two rules with the same conclusion. The values of the parameters (weights) are determined via training, before the system is used. Experimental results show that the accuracy of the predictions of the expert system PASS is comparable to that of Logistic Regression Analysis and Neural Networks approach. The accuracy of the predictions of the expert system MYCIN is lower than the accuracy of the other methods. The sensitivity of the MYCIN results is the highest and the specificity is the lowest. The specificity of the PASS, Logistic Regression Analysis and Neural Networks results are similar with the one of the PASS Expert System to be higher.

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τη μελέτη και την ανάπτυξη μοντέλων ταξινόμησης τα οποία βασίζονται στα Πιθανοτικά Νευρωνικά Δίκτυα (ΠΝΔ). Τα προτεινόμενα μοντέλα αναπτύχθηκαν ενσωματώνοντας στατιστικές μεθόδους αλλά και μεθόδους από διάφορα πεδία της Υπολογιστικής Νοημοσύνης (ΥΝ). Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν οι Διαφοροεξελικτικοί αλγόριθμοι βελτιστοποίησης και η Βελτιστοποίηση με Σμήνος Σωματιδίων (ΒΣΣ) για την αναζήτηση βέλτιστων τιμών των παραμέτρων των ΠΝΔ. Επιπλέον, ενσωματώθηκε η τεχνική bagging για την ανάπτυξη συστάδας μοντέλων ταξινόμησης. Μια άλλη προσέγγιση ήταν η ανάπτυξη ενός Μπεϋζιανού μοντέλου για την εκτίμηση των παραμέτρων του ΠΝΔ χρησιμοποιώντας τον δειγματολήπτη Gibbs. Επίσης, ενσωματώθηκε μια Ασαφή Συνάρτηση Συμμετοχής για την καλύτερη στάθμιση των τεχνητών νευρώνων του ΠΝΔ καθώς και ένα νέο σχήμα διάσπασης του συνόλου εκπαίδευσης σε προβλήματα ταξινόμησης πολλαπλών κλάσεων όταν ο ταξινομητής μπορεί να επιτύχει ταξινόμηση δύο κλάσεων.Τα προτεινόμενα μοντέλα ταξινόμησης εφαρμόστηκαν σε μια σειρά από πραγματικά προβλήματα από διάφορες επιστημονικές περιοχές με ενθαρρυντικά αποτελέσματα. / The present thesis is dealing with the study and the development of classification models that are based on Probabilistic Neural Networks (PNN). The proposed models were developed by the incorporation of statistical methods as well as methods from several fields of Computational Intelligence (CI) into PNNs. In particular, the Differential Evolutionary optimization algorithms and Particle Swarm Optimization algorithms are employed for the search of promising values of PNNs’ parameters. Moreover, the bagging technique was incorporated for the development of an ensemble of classification models. Another approach was the construction of a Bayesian model for the estimation of PNN’s parameters utilizing the Gibbs sampler. Furthermore, a Fuzzy Membership Function was incorporated to achieve an improved weighting of PNN’s neurons. A new decomposition scheme is proposed for multi-class classification problems when a two-class classifier is employed. The proposed classification models were applied to a series of real-world problems from several scientific areas with encouraging results.

Στην εποχή της Κοινωνίας της Πληροφορίας, η υψηλού επιπέδου υγειονομική περίθαλψη αποτελεί σημαντική ανάγκη για τον ανθρώπινο πληθυσμό. Η σύγχρονη τεχνολογία και επιστήμη έχει συμβάλει στην παροχή βελτιωμένων υπηρεσιών υγείας, σε όλες τις ομάδες ατόμων που αντιμετωπίζουν διάφορα και σημαντικά προβλήματα, όπως τα άτομα με κινητικές αναπηρίες,με προβλήματα όρασης, μνήμης, ακοής καθώς και τα άτομα της τρίτης ηλικίας. Εντούτοις, το πρόβλημα στην επαρκή και αποτελεσματική υγειονομική περίθαλψη για τους ηλικιωμένους και τους κατοίκους των νησιών ή άλλων περιοχών με απομακρυσμένη πρόσβαση, δεν ήταν ποτέ πιο επίκαιρο απ’ ότι είναι σήμερα. Τα στοιχεία της Ευρωπαϊκής Στατιστικής Υπηρεσίας «Eurostat», έδειξαν ότι το 2008, στην Ελλάδα, οι πολίτες άνω των 65 ετών αντιπροσώπευαν το 19% του πληθυσμού, ποσοστό που τείνει να αυξηθεί στο 31%, έως το 2050. Τούτο συνεπάγεται ότι ο πληθυσμός «γερνά» και οι απαιτήσεις στο επίπεδο της ιατρικής πρόληψης, διάγνωσης και παρέμβασης, αυξάνουν γεωμετρικά. Προκειμένου να αντιμετωπισθεί το πρόβλημα, αλλά και να βελτιωθεί η υφιστάμενη παροχή υπηρεσιών υγείας, η αναγκαιότητα για την ανάπτυξη της Ευρυζωνικότητας (broad banding), και την αύξηση της χρήσης των Τηλεματικών ιατρικών εφαρμογών, είναι τόσο προφανής, όσο και αναγκαία. Η παρούσα διπλωματική εργασία αποσκοπεί στην περιγραφή και παρουσίαση ,τόσο της σημασίας όσο και της χρήσης της Ευρυζωνικότητας, καλύπτοντας τις σύγχρονες απαιτήσεις και προκλήσεις στο χώρο της Υγείας. Επίσης, παρουσιάζονται παραδείγματα των ευρυζωνικών τηλεϊατρικών εφαρμογών σε διάφορες ειδικότητες της Ιατρικής επιστήμης, τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν, καθώς και τους τρόπους με τους οποίους οι Τηλεπικοινωνίες και τα Eυρυζωνικά Δίκτυα εξασφαλίζουν την αποτελεσματική και ασφαλή συλλογή,επεξεργασία,αποστολή και αποθήκευση των ιατρικών δεδομένων. / In our days, we experience the significance and the power of the free flow of the digital information and that is a fact that depends on the new broadband technologies. The new age technology and science applications offer a wide variety of medical services to all the vulnerable to health problems social groups, such as people with special needs and disabilities, people who are vision impaired, memory impaired, people with motor disabilities or aged people. In addition, the problem for those social groups arises from the distant location of their homes, in cases of living on islands or in remote villages, or at gnarled areas where it is difficult for the local health providers to gain a foothold. The statistics of the European Statistic Service, named “Eurostat”, have informed us that for the year 2008 in Greece, the older than 65 years Greek citizens represent the 19 % of the general population and it is predicted that this percentage will grow up to 31% until the year of 2050. It emerges that the Greeks become elderly and the health requirements such as medical prevention, medical diagnosis and medical intervention, increase with a high rate. To overcome this situation, it is necessary to use the modern broadband technologies in the service of medicine as well as we need to learn and use the telematic applications in medicine with a better degree of effectiveness. This thesis intends to describe, on the one side the significance of using the modern broadband technologies to provide high level health services and on the other side to describe the ways that these technologies are capable of solving daily medical problems, such as remote patient monitoring, telediagnosis, teleconsultation etc. Last but not least, this thesis describes the ways that the telecommunication technologies can secure the collection, transfer, forwarding and elaboration of digital medical images.

Η παρούσα διπλωματική εργασία βρίσκεται στον ευρύτερο χώρο της μαθηματικής στατιστικής θεωρίας των γραφημάτων. Κύριος στόχος μας, όπως αναφέρει και ο τίτλος, είναι η μοντελοποίηση γραφημάτων, με απώτερο σκοπό την προσαρμογή, προσομοίωση και διάγνωση αυτών μέσω μοντέλων εκθετικών τυχαίων γραφημάτων. Το πρώτο κεφάλαιο δίνει μια συνοπτική παρουσίαση της διατύπωσης του προβλήματος και της θεωρίας των μοντέλων των εκθετικών τυχαίων γραφημάτων. Η βασική ιδέα είναι να θεωρήσουμε ως τυχαίες μεταβλητές τους δυνατούς δεσμούς μεταξύ των κόμβων ενός δοθέντος γραφήματος. Η γενική μορφή ενός μοντέλου εκθετικά τυχαίου γραφήματος καθορίζεται από κάποιες υποθέσεις σχετικές με τις εξαρτήσεις μεταξύ αυτών των τυχαίων μεταβλητών. Παρουσιάζουμε κάποιες διαφορετικές υποθέσεις εξάρτησης και τα αντίστοιχα μοντέλα, όπως τα γραφημάτα Bernoulli, τα δυαδικώς - ανεξάρτητα και τα τυχαία γραφήματα Markov. Επίσης, εξετάζουμε την ενσωμάτωση των χαρακτηριστικών, που μπορούν να έχουν οι κόμβοι, σε μοντέλα κοινωνικής επιλογής, δηλαδή, σε περιπτώσεις που οι συνδέσεις του γραφήματος μπορούν να προβλέψουν τα χαρακτηριστικά των κόμβων. Συνοψίζουμε κάποιες καινούργιες υποθέσεις εξάρτησης, που είναι πολυπλοκότερες των πρώτων τέτοιων υποθέσεων της σχετικής βιβλιογραφίας. Συζητούμε τις διαδικασίες της στατιστικής εκτίμησης, συμπεριλαμβανομένων των νέων μεθόδων για την εκτίμηση της μέγιστης πιθανοφάνειας Monte Carlo. Τέλος, παρουσιάζουμε τις νέες προδιαγραφές για μοντέλα εκθετικών τυχαίων γραφημάτων, που έχουν προτείνει οι Snijders et al., οι οποίες βελτιώνουν σημαντικά τα αποτελέσματα της προσαρμογής εμπειρικών δεδομένων για εκθετικά μοντέλα ομοιογενών τυχαίων γραφημάτων Markov. Επιπλέον, οι νέες αυτές προδιαγραφές μας βοηθούν να αποφύγουμε το πρόβλημα του σχεδόν-εκφυλισμού, που συχνά παρεμβάλλεται στη διαδικασία της προσαρμογής μοντέλων εκθετικών τυχαίων γραφημάτων Markov, ιδιαίτερα όταν αυτά προέρχονται από εμπειρικά δεδομένα, που έχουν υψηλό βαθμό μεταβατικότητας. Η μελέτη μιας τέτοιας νέας στατιστικής με υψηλότερης τάξης μεταβατικότητα επιτρέπει την εκτίμηση των παραμέτρων των μοντέλων των εκθετικών γραφημάτων σε πολλές (αλλά όχι όλες) περιπτώσεις, στις οποίες διαφορετικά θα ήταν αδύνατο να εκτιμηθούν οι παράμετροι των μοντέλων των ομοιογενών γραφημάτων Markov. Στο δεύτερο, τρίτο και τέταρτο κεφάλαιο της εργασίας εφαρμόζουμε τις παραπάνω μεθόδους, αντιστοίχως, για τρείς αναλύσεις εμπειρικών δεδομένων: το δίκτυο Florentine, το δίκτυο Faux Magnolia High και τα δίκτυα IPRED και SWPAT. Σε αυτά τα κεφάλαια, παρουσιάζουμε τις διαδικασίες της προσαρμογής, προσομοίωσης και διάγνωσης με παράθεση των αντίστοιχων εντολών, χρησιμοποιώντας τα πακέτα statnet - ermg και sna, τα οποία δουλεύουν στο περιβάλλον του πακέτου ελεύθερου λογισμικού R. Τέλος, στο παράρτημα της εργασίας δίνουμε μια σύντομη εισαγωγή στο περιβάλλον R και σε κάποιες γενικές εντολές αυτού. / This specific project has to do with mathematical statistical graph theory. Our main target is to fit, simulate and diagnose models through exponential random graph models. In the first chapter we give a short presentation of the problem and the theory of exponential random graph models. The main idea is to consider each tie of a given network (graph) as a random variable. The general form of an exponential random graph model is defined from some relative assumptions that have to do with the dependence between those random variables. We present some different dependence assumptions and the corresponding models, such as Bernoulli graphs, dyadic-independent and Markov random graphs. We also examine the incorporation of the characteristics that a node may have in social networks. We also discuss the process of statistical estimation, including three new methods for the estimation of Monte Carlo maximum likelihood. Finally, we present new specifications for exponential random graph models, which Snijders et al. have proposed. These new specifications allow us to avoid the problem of degeneration. In the second, third and fourth chapter we apply the above methods in order to analyze Florentine network data, Faux Magnolia High data and IPred And Swpat data. In those chapters, we present the procedures of fit, simulate and diagnose exponential random graph models displaying the corresponding commands of statnet-ergm and sna packages that work in R. Finally we give a short introduction to R and to some relative commands.