Σε αυτή τη διπλωματική εργασία διερευνούνται οι προδιαγραφές που πρέπει να ικανοποιούνται ώστε να είναι εφικτή η σύνδεση εγκαταστάσεων κατανεμημένης παραγωγής στα δίκτυα διανομής και η εφαρμογή τους σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα που συνδέεται στο δίκτυο χαμηλής τάσης. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια επισκόπηση της παρούσας κατάστασης στην ηλεκτρική ενέργεια και αναλύονται οι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της κατανεμημένης παραγωγής οι οποίοι συνοψίζονται στους περιορισμούς στην κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς, στην αυξημένη ζήτηση παροχής ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής αξιοπιστίας, στην απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, στους προβληματισμούς για τις κλιματικές αλλαγές και στην εξάντληση των ορυκτών καυσίμων. Έπειτα αναλύεται ο ορισμός της κατανεμημένης παραγωγής σύμφωνα με τα διάφορα διεθνή ινστιτούτα ηλεκτρικής ενέργειας και αναπτύσσονται οι τεχνολογίες που περιλαμβάνει οι οποίες διαχωρίζονται σε τεχνολογίες φυσικού καυσίμου (fossil fuel technologies) και σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στις πρώτες περιλαμβάνονται οι μηχανές εσωτερικής καύσης, οι αεριοστροβιλικοί σταθμοί, οι μικροστρόβιλοι ή μικροτουρμπίνες και οι σταθμοί συνδυασμένου κύκλου ενώ στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας περιλαμβάνονται οι ανεμογεννήτριες, τα κύτταρα καυσίμου (fuel cells), οι φωτοβολταϊκές γεννήτριες, τα μικρά υδροηλεκτρικά και οι μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα και φυσικό αέριο. Η λειτουργία ενός ηλεκτρικού δικτύου ελέγχεται από συσκευές προστασίας και ρύθµισης της τάσης, που έχουν σκοπό την παροχή προς τους καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας αποδεκτής ποιότητας, ελαχιστοποιώντας τον αριθµό των σφαλµάτων και προσφέροντας υψηλό επίπεδο ασφάλειας. Η σύνδεση στο δίκτυο µονάδων κατανεμημένης παραγωγής πρέπει να συµβαδίζει µε αυτές τις γενικές αρχές, ώστε αφενός µεν να µην προκαλούνται ενοχλήσεις στους λοιπούς καταναλωτές και αφετέρου να υπάρχει συµβατότητα µεταξύ του δικτύου διανοµής και των εγκαταστάσεων των παραγωγών. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται οι προϋποθέσεις που πρέπει να ισχύουν για τη σύνδεση και παράλληλη λειτουργία των εγκαταστάσεων παραγωγής µε τα δίκτυα διανοµής, καθώς και ο απαιτούµενος εξοπλισµός ζεύξης και προστασίας, µε στόχο την αποτελεσµατική αντιµετώπιση της πλειονότητας των περιπτώσεων. Οι τεχνικές προδιαγραφές που περιγράφονται αφορούν στη σύνδεση παραγωγών στο δίκτυο µέσης τάσης (ΜΤ) ή χαµηλής τάσης (ΧΤ). Βασικά κριτήρια και προϋποθέσεις που εξετάζονται προκειµένου να επιτραπεί η σύνδεση νέων εγκαταστάσεων παραγωγής είναι η επάρκεια του δικτύου (γραμμών, μετασχηματιστών κλπ.), η συµβολή στη στάθµη βραχυκύκλωσης, οι αργές µεταβολές της τάσης (µόνιµης κατάστασης), οι ταχείες µεταβολές της τάσης, οι εκποµπές flicker, οι εκπομπές αρμονικών, η διαµόρφωση των προστασιών της διασύνδεσης εγκαταστάσεων-δικτύου και η επίπτωση στη λειτουργία συστηµάτων Τηλεχειρισµού Ακουστικής Συχνότητας (ΤΑΣ). Τα κριτήρια και οι µέθοδοι εξέτασης που περιγράφονται στηρίζονται κατά κύριο λόγο στη σειρά προτύπων 61000 της IEC (International Electrotechnical Commission) και εξασφαλίζουν την ικανοποίηση των απαιτήσεων του ευρωπαϊκού προτύπου ΕΝ 50160 (πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 50160 και Οδηγία διανοµής 120 της ΔΕΗ Α.Ε.). Στο τρίτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μια μελέτη εφαρμογής των παραπάνω προδιαγραφών σε ένα σύστημα που εξομοιώθηκε με χρήση του προγράμματος PSCAD. Το σύστημα αποτελείται από μια φωτοβολταϊκή συστοιχία μέγιστης ισχύος 4,8 kW, έναν μετατροπέα συνεχούς/εναλλασσόμενης τάσης ή αντιστροφέα (DC to AC converter) που λειτουργεί με τη μέθοδο PWM (Pulse Width Modulation ή διαμόρφωση εύρους παλμού), ένα σύστημα παρακολούθησης του σημείου μέγιστης ισχύος που αποδίδει η συστοιχία (MPPT Maximum Power Point Tracker), ένα μετασχηματιστή 150V/380V για την ανύψωση της τάσης στην έξοδο του αντιστροφέα στα επίπεδα τάσης του δικτύου, ένα δίκτυο χαμηλής τάσης και δύο φορτία RL. Εκτενής αναφορά γίνεται στις εκπομπές αρμονικών που παρουσιάζονται στο σύστημα στην έξοδο του αντιστροφέα. Αρχικά γίνεται μελέτη χωρίς φίλτρο LC στην έξοδο του αντιστροφέα και στη συνέχεια παρατηρούμε τον τρόπο με τον οποίο το φίλτρο LC επιδρά στη μείωση των αρμονικών σε επιτρεπτά πλαίσια. Τέλος διερευνούνται οι διακυμάνσεις τάσης του δικτύου κατά τη ζεύξη του φωτοβολταϊκού συστήματος με το δίκτυο, πραγματοποιείται μια μελέτη του συστήματος σε περίπτωση βραχυκυκλωμάτων και διερευνάται η επίπτωση σε συστήματα τηλεχειρισμού ακουστικής συχνότητας. / -

Η αλματώδης πρόοδος στις ασύρματες επικοινωνίες έχει φέρει ως αποτέλεσμα την δυνατότητα δημιουργίας μικρών σε μέγεθος μικροϋπολογιστικών συστημάτων που έχουν την δυνατότητα ασύρματης διασύνδεσης. Λόγω του μικρού μεγέθους αυτών είναι δυνατή η μεταφορά τους ακόμα και από φυσικά πρόσωπα και άρα προσφέρουν με τον τρόπο αυτό το πλεονέκτημα φορητότητας. Παράλληλα η επιθυμία για δημιουργία δικτύων μεγάλης κλίμακας με χρήση τέτοιων συσκευών χωρίς την δυνατότητα σταθερής παροχής ενέργειας δημιούργησε την ανάγκη μικρής εμβέλειας μετάδοσης και άρα πολλαπλών επαναμεταδόσεων ανά πακέτο δεδομένων μέχρι να φτάσει στον τελικό προορισμό του. Το ερευνητικό αντικείμενο αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η πρόταση μίας ολοκληρωμένης ασύρματης δομής που θα παρέχει δυνατότητες ασύρματης διασύνδεσης σε δίκτυα μεγάλης κλίμακας χωρίς ύπαρξη κεντρικής διαχείρισης. Το πρόβλημα της εύρεσης διαδρομών σε ένα ασύρματο δίκτυο κινούμενων αισθητήρων αποτελεί ένα πολύ δύσκολο εγχείρημα, ακόμα δε περισσότερο αν λάβουμε υπόψη μας και το ασύρματο μέσο που είναι ένα μη-ντετερμινιστικό φυσικό μέσο δικτύου. Η ύπαρξη απαιτήσεων πραγματικού χρόνου παρ’ όλες τις δυσκολίες υπάρχει σε εφαρμογές δικτύων κινούμενων αισθητήρων και δυσκολεύει περαιτέρω την σχεδίαση μιας δομής που θα διατηρεί διασυνδεσιμότητα μεταξύ των αισθητήρων του δικτύου ενώ παράλληλα θα ικανοποιεί τις απαιτήσεις πραγματικού χρόνου. Πρόσθετα οι δυναμικές συνθήκες που παρατηρούνται σε ένα ασύρματο δίκτυο κινούμενων αισθητήρων όσον αφορά σημαντικές παραμέτρους λειτουργίας όπως μεταβλητό φορτίο εφαρμογής, ταχύτητα φυσικής κίνησης του κινούμενου αισθητήρα και αριθμός συγκέντρωσης τους στην ίδια ασύρματη περιοχή καθώς και η μη ύπαρξη σταθερής παροχής ενέργειας, δημιουργούν την ανάγκη σχεδίασης μιας ασύρματης δομής που θα έχει την δυνατότητα να προσαρμόζεται στις εκάστοτε συνθήκες του δικτύου. Υποστηρίζοντας δυνατότητα προσαρμογής στις εκάστοτε συνθήκες του δικτύου ενώ παράλληλα εξυπηρετούνται οι απαιτήσεις πραγματικού χρόνου, δημιουργείται η δυνατότητα μείωσης του προσθετόμενου πρωτοκολλικού δικτυακού φόρτου άρα και μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης του κινούμενου αισθητήρα. Προχωρώντας περαιτέρω, η λειτουργία του πρωτοκόλλου δρομολόγησης μπορεί επίσης να βελτιστοποιηθεί ώστε να εξυπηρετεί τα δρομολογούμενα πακέτα με μεγαλύτερη επιτυχία. Η παρούσα διδακτορική διατριβή έρχεται να καλύψει την ανάγκη για τεχνικές προσαρμοστικότητας σε ασύρματα δίκτυα στις εκάστοτε συνθήκες του δικτύου και να παρουσιάσει μια πρόταση πρότυπης υλοποίησης που να βελτιστοποιεί την λειτουργία του ασύρματου δικτύου, παρακολουθώντας σε πραγματικό χρόνο κρίσιμες μεταβλητές της λειτουργίας. Τα κυριότερα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής παρουσιάζονται παρακάτω: • Μελέτη και ανάλυση της εν γένη συμπεριφοράς υπαρχόντων προτεινόμενων δομών για την δρομολόγηση σε ασύρματα κινούμενα δίκτυα αισθητήρων. • Σχεδίαση και ανάλυση πρότυπης υβριδικής δομής στηριζόμενη σε γνωστούς αποδεκτούς αλγορίθμους δρομολόγησης. • Μελέτη και ανάλυση των μεταβλητών λειτουργίας και εξαγωγή των κρίσιμων μεταβλητών μέσω των οποίων μπορεί να γίνει η αναγνώριση κατάστασης του ασύρματου δικτύου. • Σχεδίαση, ανάλυση και υλοποίηση πρότυπου αλγορίθμου ελέγχου και προσαρμογής λειτουργίας της ασύρματης δομής στις εκάστοτε συνθήκες λειτουργίας του δικτύου. • Πλήρης υλοποίηση πρότυπης δικτυακής ασύρματης αρχιτεκτονικής με δυνατότητες αναπροσαρμογής σε μεταβλητές συνθήκες δικτύου. • Λήψη και δημοσίευση πλήρους συνόλου μετρήσεων μέσω προσομοίωσης της προτεινόμενης δομής με χρήση παγκοσμίου φήμης λογισμικού προσομοίωσης δικτύων και απόδειξη της επιτυγχανόμενης βελτίωσης λειτουργίας του δικτύου. / The progress in wireless telecommunications has resulted in the creation of small sized microprocessor systems that are wireless enabled. Due to the small size of these systems, they are considered portable since they can even be carried by a person. Furthermore, the need to create large scale wireless networks using such systems, without a fixed power supply, has created the constraint of small communication range for such devices. This leads to multiple retransmissions of data packets in order to reach their final destination within the wireless network. This communication is often referred to as multihop communication. The research objective of this thesis is to propose a new wireless architecture that will provide wireless connectivity for large scale wireless ad-hoc networks without the need of central management. The problem of finding a route, or even worse, the optimal route in a wireless ad-hoc network is very difficult and gets even worse if we consider the nature of the wireless medium that is un-deterministic and probably the less predictable medium used in networks. The need of real time constraints in wireless ad-hoc networks exists however, making even more difficult the design of a wireless architecture that will provide connectivity in the domain of a wireless network while managing to succeed in satisfying the real time constraints. Furthermore the dynamic nature of a wireless mobile network as far as important functional variables are concerned, like application load, speed of node movement, rate of connectivity in the same wireless domain, as well as the lack of a fixed power supply, create the need of adaptivity support, based on network status, in any wireless module designed to address the above problems. Supporting an adaptivity functionality based on the wireless network status, while managing to meet the real time constrains imposed from the application, we manage to lower the overhead of the network protocol, hence reducing the energy consumption of the wireless node. Moving forward, the functionality of the routing protocol itself is enhanced so as to route the data packets to the destination node with higher rates of success. This dissertation manages to fulfill the need for techniques of adaptivity in wireless ad-hoc networks by presenting a new wireless architecture, that is enhancing the general behavior of a wireless network by monitoring in real time various critical network variables and change the protocols behavior to adapt to changing network condition. The more important results of this dissertation are presented below: • Study and analysis of general behavior of already existing routing protocols for ad-hoc wireless networks. • Design and analysis of a prototype hybrid module, based on existing routing algorithms. • Study and analysis of functional variables, extraction of critical functional variables that can be used to identify the status of the wireless network within a certain domain. • Design, analysis and implementation of a prototype algorithm that controls and adapts the general functionality of the wireless module based on the network status. • Implementation prototype of a wireless architecture supporting automatic real time adaptability to network status based on real time monitoring of network variables. • Collection and publication of a full set of tests by using a world wide known software tool to simulate data networks, and proof of the resulted functionality enhancement of the wireless network’s behaviour.

Τα δίκτυα πλέγματος (grid networks) αποτελούνται από ένα σύνολο ισχυρών υπολογιστικών, αποθηκευτικών και άλλων πόρων. Οι πόροι αυτοί είναι συνήθως γεωγραφικά αλλά και διοικητικά διασκορπισμένοι και συνδέονται με ένα δίκτυο δεδομένων. Τα δίκτυα πλέγματος το τελευταίο καιρό έχουν αποκτήσει μία δυναμική, η οποία εντάσσεται μέσα σε ένα γενικότερο πλαίσιο, αυτό της κατανεμημένης επεξεργασίας και αποθήκευσης δεδομένων. Επιστήμονες, ερευνητές αλλά και απλοί χρήστες χρησιμοποιούν από κοινού τους κατανεμημένους πόρους για την εκτέλεση διεργασιών ή τη χρήση εφαρμογών, για τις οποίες δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν τους τοπικά διαθέσιμους υπολογιστές τους λόγω των περιορισμένων δυνατοτήτων τους. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζουμε ζητήματα που σχετίζονται με το χρονοπρογραμματισμό (scheduling) των διεργασιών στους διαθέσιμους πόρους, καθώς και με τη δρομολόγηση (routing) των δεδομένων που οι διεργασίες χρειάζονται. Εξετάζουμε τα ζητήματα αυτά είτε χωριστά, είτε σε συνδυασμό, μελετώντας έτσι τις αλληλεπιδράσεις τους. Αρχικά, προτείνουμε ένα πλαίσιο παροχής ποιότητας υπηρεσιών στα δίκτυα πλέγματος, το οποίο μπορεί να εγγυηθεί σε ένα χρήστη μία μέγιστη χρονική καθυστέρηση εκτέλεσης των διεργασιών του. Με τον τρόπο αυτό, ένας χρήστης μπορεί να επιλέξει με απόλυτη βεβαιότητα εκείνον τον υπολογιστικό πόρο που μπορεί να εκτελέσει τη διεργασία του πριν τη λήξη της προθεσμίας της. Το προτεινόμενο πλαίσιο δεν στηρίζεται στην εκ των προτέρων δέσμευση των υπολογιστικών πόρων, αλλά στο ότι οι χρήστες μπορούν να αυτό-περιορίσουν το ρυθμό δημιουργίας διεργασιών τους, ο οποίος συμφωνείται ξεχωριστά με κάθε πόρο κατά τη διάρκεια μίας φάσης εγγραφής τους. Πραγματοποιούμε έναν αριθμό πειραμάτων προσομοίωσης που αποδεικνύουν ότι το προτεινόμενο πλαίσιο μπορεί πράγματι να παρέχει στους χρήστες εγγυημένο μέγιστο χρόνο καθυστέρησης εκτέλεσης των διεργασιών τους, ενώ με τις κατάλληλες επεκτάσεις το πλαίσιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμα και όταν το φορτίο των διεργασιών δεν είναι εκ των προτέρων γνωστό. Στη συνέχεια εξετάζουμε το πρόβλημα της ``Συγκέντρωσης Δεδομένων'' (ΣΔ), που εμφανίζεται όταν μία διεργασία χρειάζεται περισσότερα του ενός τμήματα δεδομένων να μεταφερθούν σε έναν υπολογιστικό πόρο, πριν η διεργασία ξεκινήσει την εκτέλεσή της σε αυτόν. Μελετάμε τα υπό-προβλήματα της επιλογής των αντιγράφων των δεδομένων, του χρονοπρογραμματισμού της διεργασίας και της δρομολόγησης των δεδομένων της και προτείνουμε έναν αριθμό πλαισίων ``Συγκέντρωσης Δεδομένων''. Μερικά πλαίσια εξετάζουν μόνο τις υπολογιστικές ή μόνο τις επικοινωνιακές απαιτήσεις των διεργασιών, ενώ άλλα εξετάζουν και τα δύο είδη απαιτήσεων. Επιπλέον, προτείνονται πλαίσια ``Συγκέντρωσης Δεδομένων'' τα οποία βασίζονται στην κατασκευή ελαχίστων γεννητικών δέντρων(Minimum Spanning Tree - MST), με σκοπό τη μείωση της συμφόρησης στο δίκτυο δεδομένων, που εμφανίζεται κατά την ταυτόχρονη μεταφορά των δεδομένων μίας διεργασίας. Στα πειράματα προσομοίωσης μας αξιολογούμε τα προτεινόμενα πλαίσια και δείχνουμε ότι αν η διαδικασία της ``Συγκέντρωση Δεδομένων'' πραγματοποιηθεί σωστά, τότε η απόδοση του δικτύου πλέγματος, όσον αφορά τη χρήση των πόρων και την εκτέλεση των διεργασιών, μπορεί να βελτιωθεί. Επιπλέον, ερευνούμε την εφαρμογή τεχνικών σύνοψης της πληροφορίας των χαρακτηριστικών των πόρων στα δίκτυα πλέγματος. Προτείνουμε ένα σύνολο μεθόδων και τελεστών σύνοψης, προσπαθώντας να μειώσουμε τον όγκο των πληροφοριών πόρων που μεταφέρονται πάνω από το δίκτυο, ενώ παράλληλα επιθυμούμε οι συνοπτικές πληροφορίες που παράγονται να βοηθούν το χρονοπρογραμματιστή να παίρνει αποδοτικές αποφάσεις ανάθεσης διεργασιών στους διαθέσιμους πόρους. Οι τεχνικές αυτές μπορούν να συνδυαστούν και με τις αντίστοιχες τεχνικές που εφαρμόζονται στα ιεραρχικά δίκτυα δεδομένων για τη δρομολόγηση, εξασφαλίζοντας έτσι τη διαλειτουργικότητα μεταξύ διαφορετικών δικτύων πλέγματος καθώς και το απόρρητο των πληροφοριών που ανήκουν σε διαφορετικούς παρόχους πόρων. Στα πειράματα προσομοίωσης μας χρησιμοποιούμε σαν μετρική της ποιότητας / αποδοτικότητας των αποφάσεων του χρονοπρογραμματιστή τον Stretch Factor (SF), που ορίζεται ως ο λόγος της μέσης καθυστέρησης εκτέλεσης των διεργασιών όταν αυτές χρονοπρογραμματίζονται με βάση ακριβείς πληροφορίες πόρων, προς τη μέση καθυστέρηση τους όταν χρησιμοποιούνται συνοπτικές πληροφορίες. Ακόμα, μετράμε τη συχνότητα με την οποία ο χρονοπρογραμματιστής ενημερώνεται για τις αλλαγές στην κατάσταση των πόρων καθώς και τον όγκο των πληροφοριών πόρων που μεταφέρονται. Μελετάμε, ακόμα, ζητήματα που προκύπτουν από την υλοποίηση αλγορίθμων χρονοπρογραμματισμού που έχουν αρχικά μελετηθεί σε περιβάλλοντα προσομοίωσης, σε πραγματικά συστήματα ενδιάμεσου λογισμικού (middleware) για δίκτυα πλέγματος, όπως το gLite. Το πρώτο ζήτημα που εξετάζουμε είναι το γεγονός ότι οι πληροφορίες που παρέχονται στους αλγορίθμους χρονοπρογραμματισμού στα συστήματα αυτά δεν είναι πάντα έγκυρες, ενώ το δεύτερο ζήτημα είναι ότι δεν υπάρχει ευελιξία στο διαμοιρασμό των πόρων μεταξύ διαφορετικών διεργασιών. Η μελέτη μας δείχνει ότι με απλές αλλαγές στους μηχανισμούς διαχείρισης διεργασιών ενός συστήματος ενδιάμεσου λογισμικού, αυτά αλλά και άλλα ζητήματα μπορούν να αντιμετωπιστούν, επιτυγχάνοντας σημαντικές βελτιώσεις στην απόδοση των δικτύων πλέγματος. Στα πλαίσια αυτά μάλιστα, εξετάζουμε τη χρήση της τεχνολογίας της εικονικοποίησης (virtualization). Υλοποιούμε και αξιολογούμε τους προτεινόμενους μηχανισμούς σε ένα μικρό δοκιμαστικό δίκτυο πλέγματος. Τέλος, προτείνουμε έναν αλγόριθμο πολλαπλών κριτηρίων για τη δρομολόγηση και ανάθεση μήκους κύματος υπό την παρουσία φυσικών εξασθενήσεων (Impairment-Aware Routing and Wavelength Assignment, IA-RWA) για οπτικά δίκτυα δεδομένων. Τα οπτικά δίκτυα είναι η δικτυακή τεχνολογία που χρησιμοποιείται σήμερα για τη διασύνδεση των υπολογιστικών και αποθηκευτικών πόρων των δικτύων πλέγματος, ενώ οι διάφορες φυσικές εξασθενήσεις τείνουν να μειώνουν την ποιότητα μετάδοσης (Quality of Transmission - QoT) των οπτικών σημάτων. Κύριο χαρακτηριστικό του προτεινόμενου αλγορίθμου είναι ότι υπολογίζει την ποιότητα μετάδοσης (Quality of Transmission - QoT) ενός υποψήφιου οπτικού μονοπατιού (lightpath) μη βασιζόμενο σε πραγματικές μετρήσεις ή εκτιμήσεις μέσω αναλυτικών μοντέλων των διαφόρων φυσικών εξασθενήσεων, αλλά μετρώντας τις αιτίες στις οποίες αυτά οφείλονται. Με τον τρόπο αυτό ο αλγόριθμος γίνεται πιο γενικός και εφαρμόσιμος σε διαφορετικές συνθήκες (μέθοδοι διαμόρφωσης του οπτικού σήματος, ρυθμοί μετάδοσης, τιμές διαφόρων φυσικών παραμέτρων, κ.α.). Τα πειράματα προσομοίωσης μας δείχνουν ότι ο προτεινόμενος αλγόριθμος μπορεί να εξυπηρετήσει τις περισσότερες δυναμικές αιτήσεις σύνδεσης, υπολογίζοντας γρήγορα, μονοπάτια με καλή ποιότητα μετάδοσης σήματος. Γενικά, η παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζει έναν αριθμό σημαντικών και καινοτόμων μεθόδων, πλαισίων και αλγορίθμων που αφορούν τα δίκτυα πλέγματος. Παράλληλα ωστόσο αποκαλύπτει το εύρος των ζητημάτων και ως ένα βαθμό και τις αλληλεπιδράσεις τους, που σχετίζονται με την αποδοτική λειτουργία των δικτύων πλέγματος, τα οποία απαιτούν τη σύνθεση και τη συνεργασία ερευνητών, μηχανικών και επιστημόνων από διάφορα πεδία. / Grid networks consist of several high capacity, computational, storage and other resources, which are geographically distributed and may belong to different administrative domains. These resources are usually connected through high capacity optical networks. The grid networks evolution follows the current trend of distributedly performed computation and storage. This trend provides several new possibilities to scientists, researchers and to simple users around the world, so as to use the shared resources for executing their tasks and running their applications. These operations are not always possible to perform in local, limited capacity, resources. In this thesis we study issues related to the scheduling of tasks and the routing of their datasets. We study these issues both separately and jointly, along with their interactions. Initially, we present a Quality of Service (QoS) framework for grids that guarantees to users an upper bound on the execution delay of their submitted tasks. Such delay guarantees imply that a user can choose, with absolute certainty, a resource to execute a task before its deadline expires. Our framework is not based on the advance reservation of resources, instead, the users follow a self constrained task generation pattern, which is agreed separately with each resource during a registration phase. We validate experimentally the proposed Quality of Service (QoS) framework for grids, verifying that it satisfies the delay guarantees promised to users. In addition, when the proposed extensions are used, the framework also provides delay guarantees without exact a-priori knowledge of the task workloads. Next, we examine a task scheduling and data migration problem for grid networks, which we refer to as the Data Consolidation (DC) problem. Data Consolidation arises when a task requests concurrently multiple pieces of data, possibly scattered throughout the grid network that have to be present at a selected site before the task's execution starts. In such a case, the scheduler must select the data replicas to be used, the site where these data will be gathered for the task to be executed, and the routing paths to be followed. We propose and experimentally evaluate several Data Consolidation schemes. Some consider only the computational or only the communication requirements of the tasks, while others consider both kinds of requirements. We also propose Data Consolidation (DC) schemes, which are based on Minimum Spanning Trees (MST) that route concurrently the datasets so as to reduce the congestion that may appear in the future, due to these transfers. In our simulation experiments we validate the proposed schemes and show that if the Data Consolidation operation is performed efficiently, then significant benefits can be achieved, in terms of the resources' utilization and task delay. We also consider the use of resource information aggregation in grid networks. We propose a number of aggregation schemes and operators for reducing the information exchanged in a grid network and used by the resource manager in order to make efficient scheduling decisions. These schemes can be integrated with the schemes utilized in hierarchical data networks for data routing, providing interoperability between different grid networks, while the sensitive or detailed information of resource providers is kept private. We perform a large number of experiments to evaluate the proposed aggregation schemes and the used operators. As a metric of the quality of the aggregated information we introduce the Stretch Factor (SF), defined as the ratio of the task delay when the task is scheduled using complete resource information over the task delay when an aggregation scheme is used. We also measure the number of resource information updates triggered by each aggregation scheme and the amount of resource information transferred. In addition, we are interested in the difficulties encountered and the solutions provided in order to develop and evaluate scheduling policies, initially implemented in a simulation environment, in the gLite grid middleware. We identify two important such implementation issues, namely the inaccuracy of the information provided to the scheduler by the information system, and the inflexibility in the sharing of a resource among different jobs. Our study indicates that simple changes in the gLite's scheduling procedures can solve these and other similar issues, yielding significant performance gains. We also investigate the use of the virtualization technology in the gLite middleware. We implement and evaluate the proposed mechanisms in a small gLite testbed. Finally, we propose a multicost impairment-aware routing and wavelength assignment (IA-RWA) algorithm in optical networks. In general, physical impairments tend to degrade the optical signal quality. Also, optical networks is the main networking technology used today for the interconnection of the grid's, computational and storage, resources around the world. The main characteristic of the proposed algorithm is that it calculates the quality of transmission (QoT) of a candidate lightpath by measuring several impairment-generating source parameters and not by using complex formulas to directly account for the effects of physical impairments. In this way, this approach is more generic and more easily applicable to different conditions (modulation formats, bit rates). Our results indicate that the proposed impairment-aware routing and wavelength assignment (IA-RWA) algorithm can efficiently serve the online traffic in an optical network and to guarantee the transmission quality of the found lightpaths, with low running times. In general, in this thesis we present several novel mechanisms and algorithms for grid networks. At the same time, this Thesis reveals the variety of the issues that relate to the efficient operation of the grid networks and their interdependencies. For handling all these issues the cooperation of researches, scientists and engineers from various fields, is required.

Τα Ασύρματα Συνδεδεμένα Συστήματα αποτελούν ένα διαρκώς διευρυνόμενο τομέα στη σύγχρονη επιστημονική και τεχνολογική εξέλιξη. Το Κεφάλαιο 1 αρχικά εισάγει τον αναγνώστη σε αυτήν την κατηγορία συστημάτων. Στη συνέχειά του, παρουσιάζονται η δομή, οι εφαρμογές και τα προβλήματα που σχετίζονται με τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων, που συγκαταλέγονται στα πλέον χαρακτηριστικά παραδείγματα ασύρματα συνδεδεμένων συστημάτων. Σε αντιστοιχία με τα προαναφερθέντα, αυτή η διδακτορική διατριβή προσεγγίζει κάποια από τα θέματα ερευνητικού ενδιαφέροντος στα Α.Δ.Α. στοχεύοντας στην επίλυση των αντίστοιχων επιστημονικών προβλημάτων. Το ερευνητικό έργο που εκπονήθηκε, αποτυπώνεται στα επόμενα κεφάλαια της διατριβής ως ακολούθως Στο Κεφάλαιο 2 προσεγγίζεται το σημαντικότερο πρόβλημα που αντιμετωπίζουν τα Α.Δ.Α. κάθε τύπου, δηλαδή αυτό της ενεργειακής ανεπάρκειας. Για το λόγο αυτό επιχειρείται η επίτευξη της εξοικονόμησης ενέργειας σε Α.Δ.Α. μέσω ενός καινοτόμου σχήματος ελέγχου που προτείνεται. Το σχήμα αυτό στοχεύει στην επίτευξη ενεργειακά ευφυούς δρομολόγησης δεδομένων. Η αποτελεσματικότητα του προτεινόμενου σχήματος εξετάζεται μέσω ενός εκτενούς συνόλου προσομοιώσεων που συγκρίνουν την απόδοσή του έναντι αυτής ενός από τα πλέον προηγμένα ιεραρχικά πρωτόκολλα για Α.Δ.Α. Το Κεφάλαιο 3 εστιάζει στη μετάδοση δεδομένων video σε Α.Δ.Α., μελετά τους περιορισμούς στου οποίους υπόκειται αυτή και περιγράφει την ανάπτυξη ενός καινοτόμου σχήματος ελέγχου το οποίο επιδιώκει από κοινού την ενεργειακή εξοικονόμηση και την παροχή υψηλής ποιότητας υπηρεσιών με ταυτόχρονη ικανοποίηση του διαθέσιμου εύρους ζώνης. Η απόδοση του προτεινόμενου σχήματος τόσο ως προς την ενεργειακή ευφυΐα όσο και προς τη διασφάλιση ποιότητας εξετάζεται μέσω εκτενών προσομοιώσεων. Στο Κεφάλαιο 4 της διατριβής αναπτύχθηκε ένα καινοτόμο σχήμα ελέγχου ποιότητας υπηρεσιών που αφορά τη σειριακή μετάδοση σε Α.Δ.Α. εικόνων οι οποίες χαρακτηρίζονται από χαμηλή ταχύτητα μεταβολής. Το προτεινόμενο σχήμα προσαρμόζει τη συμπίεση των ασύρματα μεταδιδόμενων εικόνων προκειμένου να ικανοποιούνται προκαθορισμένα όρια που αφορούν τον ανώτατο επιτρεπόμενο χρόνο μετάδοσης. Η απόδοση του προτεινόμενου σχήματος εξετάζεται μέσω εκτενών πειραμάτων. Το Κεφάλαιο 5 της διατριβής αυτής ασχολείται με την αντιμετώπιση της συμφόρησης δικτύου σε Α.Δ.Α.. Πιο συγκεκριμένα, ένα καινοτόμο σχήμα ελέγχου, προτείνεται με στόχο την ανίχνευση της επερχόμενης της συμφόρησης και την αποτροπή της περαιτέρω διάδοσής της. Η αποτελεσματικότητα του σχήματος ελέγχεται μέσω εκτεταμένων προσομοιώσεων. Τέλος, στο Κεφάλαιο 6 σκιαγραφείται το ερευνητικό έργο που επιτελέστηκε κατά την εκπόνηση αυτής της διδακτορικής διατριβής. Επιπρόσθετα, συνοψίζεται η επιστημονική συμβολή της διατριβής και παρουσιάζονται τα ερευνητικά συμπεράσματα που προήλθαν μέσω αυτής. Τέλος, προτείνονται κατευθύνσεις μελλοντικής έρευνας σχετικής με τα επιστημονικά θέματα που πραγματεύεται η διατριβή. / Wirelessly connected systems play a rapidly growing role in modern scientific and technological evolution. Chapter 1, at first introduces the reader into this type of systems. Next, the structure, applications and problems associated with the wireless sensor networks, which are among the most typical and widely used examples of wirelessly connected systems are described. In accordance to the aforementioned challenges that the utilization of WSNs faces, a research work has been performed in the context of this doctoral thesis which is organized as follows: In Chapter 2, the issue of energy conservation is approached in WSNs through the energy efficient control of routing. For this reason a novel reactive hierarchical protocol, named SHPER, for energy efficient data routing in WSNs, is proposed. The efficacy of the proposed scheme is examined through extensive simulation tests. Chapter 3 focuses at video communication over WSNs and examines the combined fulfillment of contradictory requirements such as the severe limitations concerning both the available energy resources and bandwidth and the call for high QoS. For this reason, PEMuR, a novel dual control scheme for efficient video communication, which aims at the attainment of both considerable energy saving and high QoS was introduced. Both the energy efficiency and the Qos efficiency of this dual scheme is evaluated through thorough simulations. Chapter 4 examines the transmission of image data over WSNs and introduces a novel QoS control scheme for the sequential transmission over Wireless Sensor Networks of slowly varying images. This scheme aims to adaptively adjust the compression of wirelessly transmitted images in order to conform to predefined upper bounds of the end-to-end image transmission time, while achieving the highest QoS. The effectiveness of the proposed QoS control algorithm is investigated through extended experiments with and without the occurrence of network congestion. Chapter 5 tries to correlate the occurrence of congestion in WSNs with the existence of specific variable and invariant factors and proposes a novel control scheme named PACA, which aims to both predict forthcoming congestion and prevent its further diffusion. The effectiveness of the proposed scheme is examined through extensive simulation tests. Finally, in Chapter 6, the research work performed within the context of this doctoral thesis is summarized. Additionally, the scientific contribution achieved is outlined. Moreover, the conclusions drawn from the research results are presented along with some relevant topics of future research.

Ο όρος ‘Δίκτυα Επόμενης Γενιάς’ αναφέρεται σε μελλοντικά δίκτυα πρωτοποριακής λογικής και δομής, προσανατολισμένα στην υποστήριξη σύγχρονων απαιτητικών εφαρμογών και στη βελτίωση της λειτουργικότητας της τερματικής συσκευής, όπως την αντιλαμβάνεται ο χρήστης. Πολύ σημαντικά στοιχεία της νέας τηλεπικοινωνιακής πραγματικότητας που επιφέρουν τα δίκτυα αυτά, και με τα οποία σχετίζεται άμεσα η παρούσα εργασία, είναι η διάθεση προώθησης της γενικευμένης κινητικότητας των ασύρματων χρηστών και η ενθάρρυνση της σύγκλισης επιμέρους τεχνολογιών διαφορετικών δικτύων και της δημιουργίας υβριδικών ετερογενών δικτύων, με στόχο την επίτευξη καλύτερης αξιοποίησης του φάσματος και βελτίωσης των ρυθμών μετάδοσης δεδομένων. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παρουσίαση της δομής και των λειτουργιών των Δικτύων Επόμενης Γενιάς, καθώς και ορισμένων υπαρχόντων τύπων ασύρματων δικτύων, η συνεργασία των οποίων θα μπορούσε να προσφέρει τα επιθυμητά πλεονεκτήματα. Δύο τέτοια είδη δικτύων είναι το δίκτυο κινητής τηλεφωνίας UMTS και τα τοπικά δίκτυα τεχνολογίας WLAN, τα οποία εξετάζονται ενδελεχώς ως προς τα χαρακτηριστικά τους και, κυρίως, ως προς τους μηχανισμούς διευθέτησης της περιαγωγής των χρηστών. Περιλαμβάνεται επίσης μία περιγραφή της λειτουργίας του Mobile IP, πρωτοκόλλου που θεωρείται ιδιαίτερα χρήσιμο για τη διαχείριση της κινητικότητας χρηστών ανάμεσα σε περιοχές εξυπηρέτησης διαφορετικών δικτύων. Η εργασία καταλήγει στη μοντελοποίηση των παραπάνω συστημάτων σε περιβάλλον εξομοίωσης, επιδιώκοντας την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας του ενδεχόμενου συνδυασμού των συστημάτων UMTS και WLAN και της χρησιμότητας του Mobile IP. Το λογισμικό που χρησιμοποιείται γι’ αυτόν το σκοπό είναι το OPNET Modeler ®, ένα πρόγραμμα που αναδεικνύεται τα τελευταία χρόνια σε εργαλείο όλο και περισσότερο πολύτιμο, τόσο σε ερευνητικό όσο και σε επιχειρησιακό επίπεδο. / The term ‘Next Generation Networks’ refers to future networks of revolutionary concept and structure, oriented to the support of demanding applications and the upgrade of the terminal device’s functionality, as perceived by the user. Some very important aspects of the new telecommunications reality that is brought on by these networks, and to which this project is directly related, is the intention of promoting generalized mobility for the wireless users and the encouragement of the convergence of distinct network technologies and of the foundation of new hybrid heterogeneous networks, in order to achieve better spectrum utilization and improvement of data transmission rates. The purpose of the current diploma thesis project is to present the structure and the functions of the Next Generation Networks, as well as of some existing types of wireless networks, the cooperation of which could provide the desirable advantages. Two such network types are the UMTS mobile telephony network and the local networks of WLAN technology, that are examined thoroughly towards their characteristics and, foremost, towards their roaming arrangement mechanisms. Also included is a description of the operation of Mobile IP, a protocol that is considered particularly convenient for the management of users’ mobility between service areas of different networks. The project concludes to the modeling of the above mentioned systems in a simulation environment, aiming to evaluate the efficiency of the prospective combination of the UMTS and WLAN systems and the utility of Mobile IP. The software used for this purpose is OPNET Modeler ®, a program that has emerged during the last years as an increasingly valuable research and business tool.

Τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα είναι μια επιστημονική περιοχή η οποία έχει αναπτυχθεί κατά τις τελευταίες δεκαετίες και επικαλύπτει όλες σχεδόν τις θετικές επιστήμες και την μηχανολογία. Τα Νευρωνικά Δίκτυα αποτελούνται από ένα σύνολο απλών, διασυνδεδεμένων και προσαρμοστικών μονάδων οι οποίες δημιουργούν ένα παράλληλο και πολύπλοκο υπολογιστικό μοντέλο. Στην ουσία είναι προγράμματα που υλοποιούνται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Μέχρι σήμερα έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλές εφαρμογές και σε προβλήματα που οι γνωστοί τρόποι αντιμετώπισής τους παρουσιάζουν δυσκολίες, με αποτέλεσμα την αναγκαιότητα των Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων. Η εργασία αυτή αποτελείται από έξι κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο κάνουμε μια εισαγωγή στα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα. Αναφέρουμε τις βασικές αρχές τους και την αντιστοιχία τους με τα βιολογικά δίκτυα. Το δεύτερο κεφάλαιο ασχολείται με το δίκτυο Perceptron. Ξεκινάμε με το πιο απλό μοντέλο, τον αισθητήρα και συνεχίζουμε με τα πολυεπίπεδα Νευρωνικά Δίκτυα Perceptron. Αναφέρουμε δύο μεθόδους εκπαίδευσης, τη μέθοδο οπισθοδιάδοσης του λάθους και τον κανόνα Δέλτα. Στο τρίτο κεφάλαιο μελετάμε άλλα είδη δικτύων, όπως τα αναδρομικά δίκτυα, το δίκτυο Hopfield, το δίκτυο SOM και το δίκτυο RBF. Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στον νευρωνικό έλεγχο και στις αρχιτεκτονικές των νευρωνικών ελεγκτών. Στο πέμπτο κεφάλαιο εξετάζουμε κάποιες συγκεκριμένες εφαρμογές των Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων σε διάφορα συστήματα ελέγχου. Στο έκτο κεφάλαιο αναφέρουμε τα συμπεράσματα καθώς και μελλοντικές επεκτάσεις των ΤΝΔ. / Artificial Neural Networks are a research area which has developed over the past decades. Neural Networks consist of a set of simple, interconnected and adaptive plants that create a parallel and complex computational model. They are essentially programs implemented in computers. They have been used in many applications and problems that are very difficult to be solved otherwise. This work consists of six chapters. In the first chapter we make an introduction to Artificial Neural Networks. We mention the basic principles and their correlation with biological networks. The second chapter deals with the network Perceptron. We start with the simplest model, the sensor and continue with the multilayer Neural Network Perceptron. We mention two training methods, the method of error back-propagation and delta rule. In the third chapter we consider other types of networks such as the recurrent networks, Hopfield network, the network SOM and the RBF network. The fourth chapter deals with the neural control and the architectures of neural controllers. In the fifth chapter we examine some specific applications of Artificial Neural Networks in several control systems. The sixth chapter refers to the conclusions of this work and future evolution of ANN.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματευόμαστε το θέμα της χρήσης των Bayesian Δικτύων -και γενικότερα των Πιθανοτικών Γραφικών Μοντέλων - στη Μηχανική Μάθηση. Στα πρώτα κεφάλαια της εργασίας αυτής παρουσιάζουμε συνοπτικά τη θεωρητική θεμελίωση αυτών των δομημένων πιθανοτικών μοντέλων, η οποία απαρτίζεται από τις βασικές φάσεις της αναπαράστασης, επαγωγής συμπερασμάτων, λήψης αποφάσεων και εκμάθησης από τα διαθέσιμα δεδομένα. Στα επόμενα κεφάλαια, εξετάζουμε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών των πιθανοτικών γραφικών μοντέλων και παρουσιάζουμε τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων που υλοποιήσαμε. Συγκεκριμένα, αρχικά με χρήση γράφων ορίζονται τα Bayesian δίκτυα, Markov δίκτυα και Factor Graphs. Έπειτα, παρουσιάζονται οι αλγόριθμοι επαγωγής συμπερασμάτων που επιτρέπουν τον απευθείας υπολογισμό πιθανοτικών κατανομών από τους γράφους. Διευκολύνεται η λήψη αποφάσεων υπό αβεβαιότητα με τα δέντρα αποφάσεων και τα Influence διαγράμματα. Ακολούθως, μελετάται η εκμάθηση της δομής και των παραμέτρων των πιθανοτικών γραφικών μοντέλων σε παρουσία πλήρους ή μερικού συνόλου δεδομένων. Τέλος, παρουσιάζονται εκτενώς σενάρια τα οποία καταδεικνύουν την εκφραστική δύναμη, την ευελιξία και τη χρηστικότητα των Πιθανοτικών Γραφικών Μοντέλων σε εφαρμογές του πραγματικού κόσμου. / The main subject of this diploma thesis is how probabilistic graphical models can be used in a wide range of real-world scenarios. In the first chapters, we have presented in a concise way the theoretical foundations of graphical models, which consists of the deeply related phases of representation, inference, decision theory and learning from data. In the next chapters, we have worked on many applications, from Optical Character Recognition to Recoginizing Actions and we have presented the results from the simulations.

Βασικό χαρακτηριστικό της σύγχρονης εποχής αποτελεί η ραγδαία αύξηση του Διαδικτύου τόσο σε επίπεδο χρηστών όσο και σε επίπεδο παρεχόμενων υπηρεσιών. Συνεπώς, είναι επιτακτική η ανάγκη της προστασίας των δικτυακών και υπολογιστικών συστημάτων από διάφορες απειλές οι οποίες μπορούν να τα καταστήσουν τρωτά. Για την πλήρη προστασία όμως αυτών των συστημάτων, απαιτείται πρώτα η κατανόηση του είδους, της ταυτότητας και του τρόπου διάδοσης της απειλής. Ιδιαίτερη χρήσιμη έχει αποδειχθεί η ανάπτυξη και αναζήτηση αξιόπιστων μοντέλων ικανών να περιγράψουν αρκετά αποτελεσματικά τον τρόπο διάδοσης μιας απειλής. Η αναζήτηση τέτοιων μοντέλων αποτελεί πλέον ένα σημαντικό τομέα έρευνας στην ακαδημαϊκή και όχι μόνο κοινότητα. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση και μελέτη των βασικών επιδημιολογικών μοντέλων SI, SIR, SIS και SIRS. Τα μοντέλα αυτά είναι εμπνευσμένα από την επιστήμη της Βιολογίας, και πλέον τη σημερινή εποχή χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μοντελοποίηση της διάδοσης αρκετών απειλών στα δίκτυα υπολογιστών, όπως πχ. οι ιοί και τα σκουλήκια (viruses and worms). Η εργασία αποτελείται από πέντε κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται και η παρουσίαση των ασυρμάτων δικτύων αισθητήρων περιγράφοντας επίσης τόσο τη δομή όσο και τα βασικά χαρακτηριστικά αυτών. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των βασικών ειδών του κακόβουλου λογισμικού που μπορούν να πλήξουν ένα υπολογιστικό σύστημα. Γίνεται επίσης αναφορά στα χαρακτηριστικά των κακόβουλων λογισμικών τα οποία επηρεάζουν την εξάπλωσή του. Το τρίτο κεφάλαιο επιχειρεί να εισάγει την έννοια της επιδημιολογίας στα συστήματα υπολογιστών με την ανάλυση κυρίως των ιδιαιτεροτήτων οι οποίες την χαρακτηρίζουν. Επίσης αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζει κάποια βασικά επιδημιολογικά μοντέλα κάνοντας μια αναφορά τόσο στα βασικά χαρακτηριστικά αυτών, όσο επίσης και στον τρόπο λειτουργίας τους. Το τέταρτο κεφάλαιο το οποίο είναι και το πιο σημαντικό της εργασίας αυτής, αφιερώνεται στην παρουσίαση του εργαλείου OPNET Modeler που χρησιμοποιήσαμε και στην εκτενή περιγραφή της προσομοίωσης των μοντέλων SI, SIS, SIR και SIRS που διεξήγαμε για ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων. Γίνεται παρουσίαση της λειτουργίας του δικτύου με ταυτόχρονη επεξήγηση του κώδικα που αναπτύχθηκε. Επιπλέον παρουσιάζονται και αναλύονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης ενώ παράλληλα περιγράφονται και τα συμπεράσματα στα οποία μας οδήγησε η εν λόγω προσομοίωση. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο, γίνεται μια αναφορά σε κάποια βασικά συμπεράσματα στα οποία οδηγηθήκαμε, ενώ περιγράφονται και πεδία πάνω στη μελέτη της διάδοσης ενός κακόβουλου λογισμικού σε ένα υπολογιστικό δίκτυο, τα οποία μπορούν να μελετηθούν εκτενέστερα μελλοντικά. / A basic characteristic of contemporary days is the boom of the Internet either in terms of users or in terms of services rendered. Therefore, there is an imperative need to protect the network and computational systems from various threats which can render them vulnerable. However, for the full protection of these systems, it is required in the first place to get to know the type, the identity and the propagation mode of the threat. Of significant use has proved to be the development and the pursuit of models capable of describing quite effectively the way a threat is spread. The pursuit of such models constitutes nowadays a significant sector of research, including, but not limited to the academic community. The intention of the present diploma thesis is the simulation and study of the basic epidemic models SI, SIR, SIS and SIRS. These models are inspired from the science of Biology, and they are widely used nowadays for the modeling of the spread of various threats in computer networks such as viruses and worms. This dissertation consists of five chapters. In the first chapter, there is taking place the presentation of wireless sensor networks and there is also a description of their structure and their basic characteristics. In the second chapter there is a presentation of the basic types of malicious software that can hit a computational system. There is also reference to the characteristics of malicious software that affect their propagation. The third chapter attempts to introduce the concept on epidemiology in computer systems, analyzing mainly the particularities characterizing her. In addition, this chapter presents some basic epidemic models, referring both to their basic characteristics and their mode of operation. The fourth chapter, which is also the most significant one of the present thesis, is dedicated to the presentation of the tool OPNET Modeler that we used too in the thorough description of the simulation of the models SI, SIR, SIS and SIRS that we carried out for a wireless sensor network. It is taking place the presentation of the network’s operation mode with a simultaneous explanation of the code that was developed. Moreover, there are presented and analyzed the results of the simulation when at the same time are also described the conclusions that were derived from the present simulation. Finally, in the fifth chapter, there is a reference to some basic conclusions in which we were led, where there are also described fields concerning the study of malicious software propagation in a computational network, which can studied further in the future.

Στις ημέρες μας, η εμφάνιση των ασύρματων δικτύων σε πολλές πτυχές της καθημερινότητας, είναι συνεχώς αυξανομενη. Το γεγονός αυτό, έχει ως συνέπεια να υπάρχει μεγάλη ερευνητική δραστηριότητα γύρω από τα ασύρματα δίκτυα, η οποία αφορά όχι μόνο το σχεδιασμό τους και την ανάπτυξη διάφορων πρωτοκόλλων, αλλά και άλλες εφαρμογές, όπως είναι για παράδειγμα η εκτίμηση παραμέτρων. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής, μελετάται η ανάπτυξη των αλγορίθμων φλυαρίας, οι οποίοι αφορούν μία κατανεμημένη προσέγγιση του προβλήματος της εκτίμησης παραμέτρων σε ένα δίκτυο. Πιο συγκεκριμένα, σε αντίθεση με τις κλασσικές μεθόδους στις οποίες αναλαμβάνει ένας κεντρικός κόμβος με μεγάλη υπολογιστική ισχύ να λύσει το πρόβλημα της εκτίμησης της παραμέτρου ενδιαφέροντος, με τους αλγόριθμους φλυαρίας αναιρείται η έννοια του κεντρικού κόμβου και η εκτίμηση στηρίζεται στη συνεχή ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ των κόμβων του δικτύου. Με τις προσομοιώσεις που έγιναν στα πλαίσια αυτής της εργασίας, αποδεικνύεται ότι οι εν λόγω αλγόριθμοι εξασφαλίζουν επιτυχημένη προσέγγιση του προβλήματος που καλούνται να επιλύσουν παρότι οι αλγόριθμοι φλυαρίας στηρίζονται σε υποβέλτιστες τεχνικές εκτίμησης παραμέτρων οι οποίες βασίζονται σε αναδρομικούς προσαρμοστικούς αλγορίθμους. Τέλος, αντιμετωπίζεται το πρόβλημα της εκτίμησης της θέσης ενός στόχου που κινείται στην περιοχή ενός δικτύου με βάση τη διαδικασία της φλυαρίας. / In recent years, the emergence of wireless networks in many aspects of daily life, is increasingly growing. This fact has as consequence a strong research activity around various types of wireless networks, not only in the design and development of various protocols, but also in other applications such as parameter estimation. In this thesis, we study the development of gossip algorithms that are related to a distributed approach to the problem of parameter estimation in a network. More specifically, in contrast with classical methods that assume a central node with high computational power to solve the problem of estimation of the parameter of interest, the use of gossip algorithms negates this concept and the estimation process is based on continuing exchange of information between network nodes. Additionally, despite the fact that gossip algorithms belong to suboptimal parameter estimation techniques, that are based on recursive adaptive algorithms, the simulation results presented show that these algorithms ensure successful approach to the problem they have to solve. Finally, the process of gossiping deals with the problem of estimating the position of a moving target in the region of a wireless network.

Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση των τεχνικών διαφορισμού στους ψηφιακούς δέκτες των σύγχρονων ασύρματων δικτύων. / Purpose of this paper is the examination of combining techniques at digital receivers of modern wireless networks.