Τα παράκτια μεταβατικά οικοσυστήματα όπως οι λιμνοθάλασσες και οι αλυκές, αποτελούν δυναμικά οικοσυστήματα και παρουσιάζουν έντονες χωρικές και χρονικές διακυμάνσεις, αφού ως οικότονοι μεταξύ ξηράς και θάλασσας, δέχονται την ταυτόχρονη επίδραση χερσαίου και θαλάσσιου περιβάλλοντος. Παράλληλα είναι οικοσυστήματα υψηλής παραγωγικότητας, αφού φιλοξενούν είδη με υψηλή πρωτογενή παραγωγικότητα. Τα υδρόβια μακρόφυτα αποτελούν δομικά και λειτουργικά στοιχεία των οικοσυστημάτων αυτών και σύμφωνα με την Οδηγία Πλαίσιο 2000/60/ΕΕ, αποτελούν ποιοτικά στοιχεία και χρησιμοποιούνται ως βιοδείκτες για την εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. Στα πλαίσια της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής, διερευνήθηκαν οι σχέσεις μεταξύ αβιοτικών και βιοτικών παραμέτρων της υδάτινης στήλης, στις λιμνοθάλασσες Κοτύχι και Πρόκοπο της ΒΔ Πελοποννήσου και στις αλυκές Λάρνακας και στον υγρότοπο Ακρωτηρίου (Αλυκές Ακρωτηρίου, λιβάδι Φασουρίου) της Κύπρου. Πραγματοποιήθηκαν μηνιαίες δειγματοληψίες κατά την βλαστητική περίοδο των ετών 2006, 2007 και 2008, στην διάρκεια των οποίων καταγράφηκαν οι φυσικοχημικές παράμετροι των υδάτων, όπως βάθος (m), διαφάνεια (m), θερμοκρασία (οC), αλατότητα (‰), αγωγιμότητα (mS/cm), διαλυμένο οξυγόνο (mg/l), pH, ολικά αιωρούμενα στερεά (mg/l), φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία- PAR ενώ υπολογίστηκαν οι συγκεντρώσεις της Chl-α (mg/m3) η αλκαλικότητα (mg/l), η συγκέντρωση των θρεπτικών αλάτων φωσφόρου-SRP (mg/l) και αζώτου - NO2-N, NO3-N και ΝΗ4-Ν (mg/l), καθώς και η σταθερά απορρόφησης Κ (m-1) της υδάτινης στήλης. Παράλληλα συλλέχθηκαν ποσοτικά και ποιοτικά δεδομένα που αφορούν τη δομή των μακροφυτικών κοινωνιών, καθώς και την χωρική και χρονική διακύμανση της κατανομής και της ανάπτυξης των μακροφυτικών ειδών που απαντώνται στις λιμνοθάλασσες και στις αλυκές. Τέλος διερευνήθηκαν οι σχέσεις μεταξύ αβιοτικών παραμέτρων και ειδών μακροφύτων και εξετάστηκαν οι πιθανοί παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη και την κατανομή των μακροφύτων. Για την διερεύνηση της δομής των μακροφυτικών κοινωνιών, την ταξινόμηση της υδρόβιας βλάστησης σε ευδιάκριτες ομάδες, καθώς και την ομαδοποίηση των σταθμών δειγματοληψίας ανάλογα με την σύνθεση της βλάστησης τους, εφαρμόστηκαν οι μέθοδοι ταξινόμησης TWINSPAN και MDS. Χρησιμοποιήθηκαν επίσης οι συντελεστές συσχέτισης Pearson (r) και Kendall (tau-b), προκειμένου να εξεταστεί η ύπαρξη πιθανών συσχετίσεων μεταξύ των φυσικοχημικών παραμέτρων, αλλά και μεταξύ βιοτικών και αβιοτικών παραμέτρων, ενώ πραγματοποιήθηκε ανάλυση διασποράς (one-way ANOVA) προκειμένου να διαπιστωθούν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των περιοχών μελέτης, αλλά και μεταξύ των διαφορετικών ομάδων βλάστησης. Τέλος, για την διερεύνηση των αβιοτικών παραμέτρων που επηρεάζουν την ανάπτυξη και την κατανομή των μακροφύτων, εφαρμόστηκε η μέθοδος ανάλυσης κανονικών αντιστοιχιών CCA (Canonical Correspondence Analysis). Στις τέσσερις περιοχές μελέτης καταγράφηκαν συνολικά 29 taxa μακροφύτων, τα οποία ταξινομήθηκαν σε έξι ομάδες βλάστησης. Πέντε taxa από αυτά, αναφέρονται για πρώτη φορά στην Κύπρο. Τα είδη με την μεγαλύτερη αφθονία στις περιοχές μελέτης ήταν τα Ruppia cirrhosa, Potamogeton pectinatus, Najas marina ssp. armata, Althenia filiformis, Lamprothamnium papulosum και Ulva lactuca. Η βιομάζα των κυρίαρχων ειδών παρουσίασε εποχικές διακυμάνσεις με τις μέγιστες τιμές να καταγράφονται την άνοιξη και το καλοκαίρι. Στις λιμνοθάλασσες Κοτύχι και Πρόκοπο παρατηρήθηκε οικολογική διαδοχή ειδών στη διάρκεια της βλαστητικής περιόδου, η οποία μπορεί να αποδοθεί σε σημαντικές αλλαγές του αβιοτικού περιβάλλοντος (π.χ. αλατότητας), όπως η αντικατάσταση του είδους Potamogeton pectinatus από το αγγειόσπερμο Ruppia cirrhosa, ενώ η εμφάνιση ευτροφικών φαινομένων με σημαντική αύξηση της βιομάζας ευκαιριακών ειδών (π.χ. χλωρόφυτα), οδήγησε στην μείωση της βιομάζας των αγγειοσπέρμων. Στις αλυκές Λάρνακας και Ακρωτηρίου η βιομάζα κυμάνθηκε σε πολύ χαμηλά επίπεδα πιθανώς λόγω των πολύ ψηλών τιμών αλατότητας. Τις υψηλότερες τιμές βιομάζας παρουσίασε το αγγειόσπερμο Althenia filiformis τον Απρίλιο. Την βλαστητική περίοδο 2008 οι μεγαλύτερες τιμές αλατότητας που καταγράφηκαν στις αλυκές Λάρνακας και Ακρωτηρίου, δεν ευνόησαν την ανάπτυξη μακροφύτων. Αντίθετα στο λιβάδι Φασουρίου όπου η αλατότητα ήταν σημαντικά χαμηλότερη, η βιομάζα του κυρίαρχου Najas marina ssp. armata κυμάνθηκε σε υψηλές τιμές με τις μεγαλύτερες να καταγράφονται τον Ιούνιο. Από την διερεύνηση των μορφομετρικών χαρακτηριστικών του αγγειόσπερμου Ruppia cirrhosa, προέκυψε ότι η πυκνότητα των πληθυσμών του είδους κυμάνθηκε στα ίδια επίπεδα με άλλες λιμνοθάλασσες της Μεσογείου (449–5120 βλαστοί/m2), ενώ παρουσίασε θετική συσχέτιση με την θερμοκρασία και αρνητική συσχέτιση με την συγκέντρωση ολικού φωσφόρου. Το μήκος των φύλλων συσχετίστηκε θετικά με την συγκέντρωση των όξινων ανθρακικών ιόντων, τα οποία σε χαμηλές συγκεντρώσεις μπορεί να αποτελέσουν περιοριστικό παράγοντα για την ανάπτυξη των μακροφύτων. Η μεγαλύτερη ποικιλότητα μακροφύτων (δείκτης Shannon-Weaner) καταγράφηκε στην λιμνοθάλασσα Πρόκοπο, ενώ οι αλυκές Λάρνακας παρουσίασαν την χαμηλότερη ποικιλότητα, πιθανά λόγω του ότι οι υψηλές τιμές αλατότητας δεν ευνοούν την ανάπτυξη πολλών ειδών μακροφύτων. Η εφαρμογή του δείκτη οικολογικής αξιολόγησης ΕΕΙ (Ecological Evaluation Index) για την εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας των υδάτων με την χρήση των μακροφύτων ως βιοδεικτών, είχε ως αποτέλεσμα την ταξινόμηση της ποιότητας των υδάτων της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου ως Μέτρια, της λιμνοθάλασσας Πρόκοπος και των αλυκών Λάρνακας ως Καλή, ενώ του υγρότοπου Ακρωτηρίου μπορούν να χαρακτηριστούν ως Υψηλής οικολογικής ποιότητας. Oι σημαντικότερες περιβαλλοντικές παράμετροι που καθορίζουν την σύνθεση των ομάδων βλάστησης, αλλά και την εξάπλωση των ειδών των μακροφύτων στις περιοχές έρευνας, είναι το υδατικό ισοζύγιο, η αλατότητα και οι συγκεντρώσεις των θρεπτικών αλάτων. Στα πλαίσια προστασίας και διατήρησης των παράκτιων αυτών υγροτόπων, προτείνεται ο σχεδιασμός ενός μόνιμου δικτύου παρακολούθησης βιοτικών και αβιοτικών παραμέτρων και η διεξαγωγή συστηματικής έρευνας με την πραγματοποίηση οικολογικών μελετών χρησιμοποιώντας βιοτικά στοιχεία για την εκτίμηση της οικολογικής τους ποιότητας. Επίσης, η λήψη διαχειριστικών μέτρων για τον περιορισμό της εισροής θρεπτικών στους υγρότοπους, κρίνεται επιτακτική αφού η εμφάνιση ευτροφικών φαινομένων αποτελεί διαρκεί απειλή για τα υδάτινα οικοσυστήματα. Η απαγόρευση καταπάτησης των οικοτόπων, της απόρριψης σκουπιδιών, της βόσκησης και της θήρευσης, μπορεί να υλοποιηθεί με την λήψη και εφαρμογή αυστηρών μέτρων, καθώς και με την φύλαξη των περιοχών αυτών. Η περίφραξη και η σηματοδότηση επιλεγμένων σημείων, ο καθαρισμός απορριμμάτων, η απομάκρυνση ξενικών ειδών και ο καθαρισμός των καναλιών που συλλέγουν και διοχετεύουν νερό από την λεκάνη απορροής στους υγρότοπους, μπορούν να βοηθήσουν στην διατήρηση των υγροτόπων και την βελτίωση της οικολογικής τους κατάστασης. Επίσης, η πραγματοποίηση ειδικών περιβαλλοντικών μελετών πρέπει πάντα να προηγείται της υλοποίησης κάθε μορφής έργων. Τέλος η ενημέρωση και ευαισθητοποίηση του κοινού με την απρόσκοπτη λειτουργία κέντρων περιβαλλοντικής ενημέρωσης και φορέων διαχείρισης των περιοχών αυτών, κρίνεται απαραίτητη προκειμένου οι υγρότοποι να προστατευτούν και να αποφευχθεί η σταδιακή υποβάθμιση τους. / Lagoons and other coastal wetlands are shallow aquatic environments located in the transitional zone between terrestrial and marine ecosystems, which can span from freshwater to hypersaline conditions depending on their water balance. They exhibit an extreme spatial and temporal variability of environmental parameters and are recognized as highly productive ecosystems. Aquatic macrophytes are key structural and functional components of aquatic ecosystems. As photosynthetic sessile organisms being at the base of food web, are vulnerable and adaptive to human and environmental stress. They respond to aquatic environment representing reliable indicators of its changes and are mentioned in the WFD as biological quality elements for the ecological classification of transitional and coastal waters. In the present work, the relationships between biotic and abiotic parameters of the water column were investigated in coastal lagoons of Kotychi and Prokopos (NW Peloponnisos, Greece), Larnaca salt lakes and Akrotiri wetland (Cyprus). Monthly samplings were conducted during the vegetative periods of the years 2006, 2007 and 2008 and water parameters such as depth (m), transparency (m), temperature (οC), salinity (‰), conductivity (mS/cm), dissolved oxygen (mg/l), pH, photosynthetic active radiation – PAR and attenuation coefficient K (m-1) were recorded in situ, while Chl-α (mg/m3), total suspended matter (mg/l), alkalinity and nutrients of nitrogen and phosphorus (mg/l) were determined in the laboratory. Quantitative and qualitative data concerning aquatic macrophyte flora were recorded during the same period, such as species composition, community structure, spatial and temporal variations of species abundance and the succession of submerged macrophytes in relation to the main environmental factors. The aquatic macrophytic community was distinguished in different vegetation groups using TWINSPAN and MDS techniques. Correlations between environmental parameters were tested using Pearson and Kendall correlation tests, while One –way ANOVA was used to determine statistical significant differences of environmental variables between different study areas and distinguished plant groups. Finally CCA was performed in order to examine relationships between the species abundance and environmental variables. In total, 29 taxa were recorded in all four study areas and were classified in six vegetation groups. Five species were recorded for the first time in the island of Cyprus. The most abundant species were Ruppia cirrhosa, Potamogeton pectinatus, Najas marina ssp. armata, Althenia filiformis, Lamprothamnium papulosum και Ulva lactuca. The biomass of dominant species showed seasonal variations and maximum biomass values were recorded in late spring and summer. In Kotychi and Prokopos lagoons, the replacement of Potamogeton pectinatus by Ruppia cirrhosa was recorded, probably due to significant increase of salinity. In other parts of the lagoons, the replacement of macrophyte beds due to increased macroalgal proliferation was also recorded. In Larnaca and Akrotiri salt lakes, biomass values were significantly lower as a result of high salinity values. The most abundant species was Althenia filiformis (biomass peak in April). During the vegetative period of 2008, extreme salinity values were recorded as a result of reduced rainfall. High salinity values resulted in scarse occurrence of macrophytes in the salt lakes during this period. In Fasouri marsh, which is characterized by minimum salinity values, the dominant species Najas marina ssp. armata showed high biomass values (peak in June). Regarding the results of Ruppia cirrhosa population’s density in Kotychi lagoon (449-5120 shoots/m2), they were comparable with data from other Mediterranean lagoons. Meadows density was positively correlated with temperature and negatively correlated with total phosphorus. Leaf length showed positive correlation with bicarbonate ions, which can be a restrictive factor for the growth of macrophytes. The highest macrophyte diversity (Shannon-Weaner index) was found in Prokopos lagoon, whereas Larnaca salt lakes had the lowest values, probably due to high salinity. The implementation of EEI (Ecological Evaluation Index) for the assessment of the ecological quality of coastal and transitional waters, showed that Kotychi lagoon was classified into Moderate ecological class. Prokopos lagoon and Larnaca salt lakes were classified into Good ecological class and finally Akrotiri wetland was classified into High ecological class. Hydrological regime, salinity and nutrient concentrations seem to be the key factors controlling macrophyte composition, community structure and species abundance. For the conservation and management of these coastal and transitional wetlands, we propose the development of a monitoring network for biotic and abiotic parameters. Ecological studies for the evaluation of ecological quality of the wetlands according to the WFD 200/60/EU and implementation of management practices for the reduction of nutrient inflows in the wetlands are needed, in order to reduce eutrophication phenomena, which are a severe threat for the ecological balance of the wetlands. The encroachment of wetlands, hunting and waste discharges, should be prohibited by law. Finally, the increase of public environmental awareness will have significant results in the conservation of coastal wetlands.

Οι σημερινές εφαρμογές έχουν ολοένα και μεγαλύτερες ανάγκες επεξεργαστικής ισχύος προκειμένου να εκτελεστούν σε συντομότερο χρονικό διάστημα. Για να την ικανοποίηση αυτών των χρονικών περιορισμών απαιτείται η ανάπτυξη βελτιστοποιημένων τεχνικών σχεδιασμού. Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής σχετίζεται με την ανάπτυξη αρχιτεκτονικών και τεχνικών μεταφραστών με σκοπό την γρηγορότερη τροφοδότηση του επεξεργαστή με δεδομένα από την ιεραρχία μνήμης. α) Μεθοδολογία επιτάχυνσης εκτέλεσης εφαρμογής πολλαπλασιασμού πινάκων Παρουσιάζεται μία μεθοδολογία που βασίζεται στην τοπικότητα των δεδομένων με σκοπό την επιτάχυνση εκτέλεσης του πολλαπλασιασμού πινάκων. Μετά από διερεύνηση, παράγεται ο βέλτιστος τρόπος χρονοπρογραμματισμού των προσπελάσεων στη μνήμη λαμβάνοντας υπόψη την τοπικότητα των δεδομένων και τα μεγέθη των επιπέδων ιεραρχίας μνήμης. Ο χρόνος διερεύνησης είναι σύντομος καθώς απορρίπτονται όλες οι μη-βέλτιστες λύσεις. Η προτεινόμενη μεθοδολογία συγκρίνεται με άλλες υπάρχουσες και παρατηρείται αύξηση της απόδοσης μέχρι 55%. β)Mεθοδολογία αποδοτικής υλοποίησης του Fast Fourier Transform (FFT) Παρουσιάζεται μια νέα μεθοδολογία, που επιτυγχάνει βελτιωμένη απόδοση στην υλοποίηση του FFT, έχοντας ως γνώμονα την ελαχιστοποίηση των προσπελάσεων που πραγματοποιούνται στα δεδομένα. Η προτεινόμενη μεθοδολογία έχει σημαντικά πλεονεκτήματα. Πρώτον, την πλήρη αξιοποίηση της παραγωγής και της κατανάλωσης των αποτελεσμάτων των πεταλούδων του FFT αλγορίθμου, της επαναχρησιμοποίησης δεδομένων και της συμμετρίας των twiddle συντελεστών του FFT αλγορίθμου. Δεύτερον, η βέλτιστη λύση χρονοπρογραμματισμού βρίσκεται λαμβάνοντας υπόψη τόσο τον αριθμό των καταχωρητών, όσο και το μέγεθος της κρυφής μνήμης κάθε επιπέδου, αναζητώντας μόνο τον αριθμό του επιπέδου του tiling του FFT. Τρίτον, ο χρόνος μετάφρασης και το μέγεθος του πηγαίου κώδικα είναι πολύ μικροί συγκρινόμενοι με την SOA βιβλιοθήκη υλοποίησης του FFT αλγορίθμου, την FFTW. Η προτεινόμενη μεθοδολογία επιτυγχάνει αύξηση της απόδοσης μέχρι και 63% σε σχέση με την βιβλιοθήκη FFTW. γ)Ανάπτυξη Αρχιτεκτονικών για Διαχείριση Μνήμης Παρουσιάζεται μια αποσυζευγμένη αρχιτεκτονική επεξεργαστών με μια ιεραρχία μνήμης που αποτελείται μόνο από μνήμες scratch-pad, και μια κύρια μνήμη. Η αρχιτεκτονική αυτή εκμεταλλεύεται τα οφέλη των scratch-pad μνημών και τον παραλληλισμό μεταξύ της επεξεργασίας δεδομένων και υπολογισμού διευθύνσεων. Η αρχιτεκτονική συγκρίνεται στην απόδοση με την αρχιτεκτονική MIPS με cache και με scratch-pad ιεραρχίες μνήμης και παρουσιάζεται η υψηλότερη απόδοσή της. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η απόδοση αυξάνεται μέχρι 3,7 φορές. Στη συνέχεια γίνεται περαιτέρω έρευνα σε αρχιτεκτονικές με Scratch-pad μνήμες. Παρουσιάζεται μια αρχιτεκτονική που είναι σε θέση να παρέχει πληροφορίες για το ακριβές περιεχόμενο δεδομένων της scratch-pad, κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης και μπορεί επίσης να εκτελέσει όλες τις απαραίτητες ενέργειες για την τοποθέτηση των νέων δεδομένων στη scratch-pad. Με αυτόν τον τρόπο, αξιοποιείται η επαναχρησιμοποίηση δεδομένων που εμφανίζεται τυχαία και δεν μπορεί να προσδιοριστεί από το μεταγλωττιστή. Συγκρίνεται με αρχιτεκτονική MIPS που περιέχει cache και με scratch-pad μνήμες και αναδεικνύεται η μεγαλύτερη απόδοσή της. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η απόδοση αυξάνεται μέχρι 5 φορές έναντι των αρχιτεκτονικών με scratch-pad και 2.5 φορές έναντι των αρχιτεκτονικών με cache. / Modern applications have indence needs in processing power in order to be executed in short time. For satisfying the time limits, there have to be generated new techniques for optimizing the designs. The object of the present thesis is about developing new compiler techniques and hardware architectures which aim to transfer data faster, from the memory hierarchy to the CPU. a) Methdology for accelerating the execution of matrix multiplications A new methodology using the standard MMM algorithm is presented, achieving improved performance by focusing on data locality (both temporal and spatial). This methodology finds the scheduling which conforms with the optimum memory management. The scheduling used for the tile level is different from the element level’s one, having better data locality, suited to the sizes of memory hierarchy. Its exploration time is short, because it searches only for the number of the level of tiling used for finding the best tile size for each cache level. Compared with the best existing related work, which we implemented, better performance up to 55% β)Methodology for increasing performance on Fast Fourier Transform (FFT) A new methodology is presented based on minimizing the memory accesses for FFT. It exploits, the production and comsumption of the FFT batterfly results and the reuse of data. The optimum scheduling solution is found taking into account the number of registers and the cache memory size. The compile time and source code size are short comparing to SOA library. The methodology performance gains are up to 63% comparing to FFTW library. γ)Ανάπτυξη Αρχιτεκτονικών για Διαχείριση Μνήμης A decoupled processors architecture with a memory hierarchy is presented consisting only of scratch–pad memories, and a main memory. This architecture exploits both the benefits of scratch-pad memories and the parallelism between address computation and application data processing. The architecture is compared in performance with the MIPS architecture with cache and with scratch-pad memory hierarchies and with the existing decoupled architectures showing its higher normalized performance. Experimental results show that the performance is increased up to 3.7 times. Continuing, more research is done on Scratch-pad memories. We present an architecture that is able to provide information about the exact data contents of scratch-pad during execution and can also do all the necessary operations for placing the new data blocks in scratch-pad. Thereby, the temporal locality which occurs randomly and can not be identified by the compiler is exploited. It is compared with the MIPS architecture with cache and with scratch-pad memories showing its higher normalized performance. Experimental results show that the performance is increased up to 5 times compared to cache architectures and 2,5 times compared to existing scratch-pad architectures.

Έχει διαπιστωθεί ότι η διαχείριση και η προστασία των υδατικών πόρων στον ελληνικό χώρο βρίσκεται σε αρκετά πρώιμο στάδιο. Αν και η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει εκδώσει Κοινοτικές Οδηγίες που καλύπτουν την ανάγκες ενός πλαισίου διαχείρισης αυτών από το 2000, η ένταξή τους στην ελληνική πραγματικότητα δεν έχει επιτευχθεί πλήρως μέχρι σήμερα. Ειδικότερα όσον αφορά τους υδατικούς πόρους που κατανέμονται μεταξύ δύο ή και περισσότερων διοικητικών ενοτήτων, η αειφορική διαχείριση και προστασία τους γίνεται ακόμα δυσκολότερη, καθώς στις περισσότερες των περιπτώσεων δεν είναι δυνατή η σύσταση ενιαίου φορέα διαχείρισής τους. Κρίνεται, λοιπόν, αναγκαία η συλλογή και καταγραφή των δραστηριοτήτων που φαίνεται να επηρεάζουν αρνητικά την ποιότητα των υδάτων και του γύρω περιβάλλοντος της περιοχής. Ακόμη, ιδιαίτερα βοηθητική θεωρείται η καταχώρηση αυτών σε ηλεκτρονικές βάσεις δεδομένων, ώστε να είναι ευκολότερη η συλλογική εύρεση και επεξεργασία τους. Σημαντικό μέρος των δεδομένων αυτών (π.χ. πηγές ρύπανσης) διαθέτει και χωρική πληροφορία, με συνέπεια οι βάσεις δεδομένων που θα αναπτυχθούν να ενισχύονται υποχρεωτικά με χωρικές λειτουργίες. Αυτό είναι εφικτό με τη δημιουργία χωρικών βάσεων δεδομένων, οι οποίες μπορούν να αποθηκεύουν, να διαχειρίζονται και να ανακτούν με αποτελεσματικότητα μεγάλο όγκο χωρικής πληροφορίας. Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας αποτελεί ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός συστήματος χωρικής βάσης δεδομένων για τη λεκάνη απορροής του Αλφειού ποταμού, καθώς η συλλογή στοιχείων για τις δραστηριότητες που αναπτύσσονται γύρω από τον ποταμό ανέδειξε σημαντικά προβλήματα ρύπανσης και υποβάθμισης της ποιότητας των υδάτων της περιοχής. Επιδιώκεται η συγκέντρωση, ανάλυση και επεξεργασία όλων των χαρακτηριστικών της περιοχής που επηρεάζουν αρνητικά τους υδατικούς πόρους και το περιβάλλον αυτής, με στόχο τον υπολογισμό των ρυπαντικών φορτίων που καταλήγουν στον Αλφειό. Στα πρώτα κεφάλαια της εργασίας παρουσιάζεται το νομοθετικό πλαίσιο σχετικά με τη διαχείριση των υδατικών πόρων σε ευρωπαϊκό και εθνικό επίπεδο, καθώς και τα βασικά χαρακτηριστικά της υφιστάμενης κατάστασης της λεκάνης απορροής, τα οποία επηρεάζουν άμεσα ή έμμεσα τους υδατικούς πόρους, καθώς και ποιοι είναι αυτοί. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται ο καθορισμός των απαιτήσεων των χρηστών και ο σχεδιασμός της βάσης δεδομένων, όπου παρατίθενται τα δεδομένα που πρόκειται να εισαχθούν στη βάση. Ακολούθως, αναλύονται οι τεχνολογίες το λογισμικό ελεύθερου και ανοιχτού κώδικα και που επιλέχθηκε για τη σύσταση της βάσης. Σε τελικό στάδιο περιγράφεται η διαδικασία υλοποίησης της βάσης και πραγματοποιείται ο υπολογισμός των ρυπαντικών φορτίων αζώτου (Ν), φωσφόρου (Ρ) και οργανικών ενώσεων μέσω της εκτέλεσης πολύπλοκων και σύνθετων ερωτημάτων επί των δεδομένων με χρήση της Γλώσσας Δομικής Αναζήτησης (SQL). / It has been established that the management and protection of water resources in Greece is at a very early stage. Even though the European Union issued EU Directives that cover the needs of such a management framework since 2000, the integration into the Greek reality has not been fully achieved so far. In particular regarding water resources allocated between two or more administrative units, the sustainable management and protection becomes even more difficult, since in most cases a single management structure is unable to be established. Therefore, the collection and recording of activities that seem to adversely affect the quality of the water and the surrounding environment of the region is necessary. Still, particularly auxiliary is the inclusion on electronic databases, so it is easier to find collective and edit them. An important part of such data (e.g. pollution sources) has spatial information, so the databases will be developed in order to be assisted with spatial functions required. This is possible by creating spatial databases that can store, manage and retrieve efficiently large volumes of spatial information. The purpose of this thesis is the design and implementation of a system of a spatial database for the catchment area of the River Alfeios (Alpheus). As the collection of data on the activities developed around the river showed, there are significant problems of pollution and degradation of water quality in the region. It is pursued the collection, analysis and processing of all the features of the area negatively affecting water resources and the environment, in order to estimate pollutant loads, resulting in Alfeios. In the first chapters of the thesis are presented the legislative framework for the management of water resources at European and national level and the basic characteristics of the existing situation in the catchment area, which directly or indirectly affect water resources and what they are. Then, take place the setting of user requirements and the design of the database, in which the data are going to be imported. Next, analyzes the technologies, as well as the free and open source software chosen for the establishment of the base. At the final stage, the implementation process of the base is described and the calculation of pollutant loads of nitrogen (n), phosphorus (p) and organic compounds through the execution of complex and compound queries on data using Structural Query Language (SQL).

The last years, libraries and information centers, as well as other organizations are attempting to survive in a knowledge-driven society. Moreover, they are called upon to redefine their structure and management processes in order to increase their competitive advantage through their learning capability and their knowledge assets. Knowledge has become their core element that contributes to the development and improvement of their services through knowledge management (KM) initiatives, connected with knowledge assets creation, sharing, and exploitation. This study is a qualitative research that has been conducted in NTUA Central Library with main research object the Department of Information and Users’ Services. The study examines the knowledge management (KM) perception in the Department and by extension, the library. It aims to identify the adopted KM practices, investigate the KM process through knowledge creation and sharing, collaboration and communication among employees and external collaborators and finally, to propose new methods and techniques through a KM strategy, for improving the Department and library’s internal operation and services provision. The study’s goal is to present the current situation of one of the biggest Greek academic libraries regarding KM initiatives and to draw attention on the academic libraries’ changing role in the new digital era and the opportunities that KM provides them to participate in the knowledge-based economy and the knowledge-based society. The importance of this study lies on the fact that few researches have been conducted in Greek academic libraries and the results have presented that they demonstrate little attempt to adopt KM practices and rather, to establish a clear KM strategy. In this context, the study is trying to clarify the importance of focusing on people as libraries’ knowledge resource connected with their knowledge and experience, which defined as “intellectual assets” that need to be recorded, classified, updated and definitely shared, in order to become searchable and accessible. It is a case study, conducted through an interpretive approach, following a holistic ethnography tradition. The research methods used for the data collection were the methods of participant observation and semi-structured interviews. The data collected have been analyzed through the six (6) phases of the thematic analysis, while methods data validation have been used to ensure their reliability. In conclusion, the study presents results connected with the Department’s knowledge specification (tacit and explicit), the process of knowledge sharing by mentioning the people involving, the methods and tools. Furthermore, the weaknesses the Department faces are presented regarding employees’ involvement – mostly connected with communication and collaboration – and the systems and resources management. Finally, the anticipated future challenges are presented and analyzed, as defined by the library’s role, the employees’ role and the KM role.

Διερευνώνται επιμέρους θέματα διαχείρισης παράκτιων υδροφορέων που αφορούν στην διασφάλιση της αειφορίας των υπόγειων αποθεμάτων μέσω (α) της προστασία τους έναντι στην υποβάθμιση της ποιότητάς τους που μπορεί να προέλθει από τη διείσδυση του θαλασσινού νερού και από ανθρωπογενείς δραστηριότητες και (β) της διασφάλισης της κάλυψης των αναγκών σε υπόγειο νερό κατά τις περιόδους αυξημένης ζήτησης. Η διερεύνηση βασίζεται στη χρήση δύο αριθμητικών μοντέλων υπόγειας ροής που λαμβάνουν υπόψη τις διαφορές πυκνότητας μεταξύ γλυκού και αλμυρού νερού και περιλαμβάνει τα ακόλουθα: Παρουσιάζεται ο τρόπος με τον οποίο διατυπώνονται και επιλύονται οι εξισώσεις που περιγράφουν την υπόγεια ροή υπό την επιρροή διαφορών πυκνότητας σε δύο ευρέως χρησιμοποιούμενα αριθμητικά μοντέλα, που είναι το μοντέλο SEAWAT-2000 (Langevin et al., 2003) και το μοντέλο SUTRA v2.2 (Voss & Provost, 2010). Βάσει των ανωτέρω και της εμπειρίας που αποκτήθηκε από την παράλληλη εφαρμογή τους, οι δύο κώδικες αξιολογούνται συγκριτικά και διατυπώνονται κριτήρια, στα οποία μπορεί να βασιστεί η επιλογή του κατά περίπτωση προσφορότερου κώδικα. Γίνεται η ρύθμιση αριθμητικού μοντέλου, το οποίο είναι βασισμένο στον κώδικα SEAWAT-2000, για τον παράκτιο υδροφορέα του Γλαύκου π., ο οποίος βρίσκεται στα νότια της πόλης των Πατρών και αποτελεί σημαντικό υδατικό πόρο για την περιοχή. Η ρύθμιση του μοντέλου βασίζεται σε μετρήσεις της υπόγειας στάθμης που προέρχονται από ένα σχετικά πυκνό δίκτυο γεωτρήσεων παρατήρησης το οποίο όμως έχει χρονικά περιορισμένη διάρκεια λειτουργίας. Το δίκτυο κατασκευάστηκε στα πλαίσια του προγράμματος INTERREG Ελλάδα – Ιταλία, 2000 – 2006, σε συνεργασία του Εργαστηρίου Υδραυλικής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Πατρών και της Δημοτικής Επιχείρησης Ύδρευσης και Αποχέτευσης της Πάτρας (Δ.Ε.Υ.Α.Π.) και ολοκληρώθηκε στα μέσα του 2008. Η διαδικασία ρύθμισης του μοντέλου περιλαμβάνει τα εξής: (α) Τη συστηματική οργάνωση, συνδυασμό και αξιολόγηση των διαθέσιμων πληροφοριών σε λογισμικό συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών. (β) Την εφαρμογή υδραυλικών και στατιστικών μεθόδων σε συνδυασμό με την τροποποίηση και εφαρμογή μεθόδων αριθμητικής προσομοίωσης αντλητικών δοκιμών για τον προσδιορισμό των υδραυλικών χαρακτηριστικών του υδροφορέα. (γ) Τη συνδυαστική ανάλυση υδρολογικών δεδομένων και χρονοσειρών της υπόγειας στάθμης για την εκτίμηση των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου. (δ) Τον καθορισμό κατάλληλων κριτηρίων αξιολόγησης των προσομοιώσεων. (ε) Την εμπειρική ρύθμιση των παραμέτρων του μοντέλου, η οποία επειδή έγινε παράλληλα με την συλλογή των μετρήσεων της υπόγειας στάθμης πραγματοποιήθηκε για δύο περιόδους, κατ’ αρχήν για την περίοδο 2008-2010 και εν συνεχεία για την περίοδο 2010-2012 και (στ) την εκτέλεση προσομοιώσεων Monte Carlo για την πραγματοποίηση καθολικής ανάλυσης ευαισθησίας (global sensitivity analysis, βλ. Saltelli et al., 2004) και τη διερεύνηση ύπαρξης περισσοτέρων συνδυασμών των τιμών των παραμέτρων του μοντέλου που οδηγούν σε παρόμοια αποτελέσματα (equifinality thesis, Beven, 2006). Από τη ρύθμιση του μοντέλου με τη βοήθεια των μετρήσεων της υπόγειας στάθμης που συλλέχτηκαν με το δίκτυο παρατήρησης προέκυψαν πληροφορίες για τους μηχανισμούς εμπλουτισμού του υδροφορέα στις διάφορες περιοχές, κάτι που είναι σημαντικό για τη διαχείρισή του. Το ρυθμισμένο μοντέλο του παράκτιου υδροφορέα του Γλαύκου χρησιμοποιήθηκε για την εξέταση θεμάτων διαχείρισης του υδροφορέα: (α) Προσδιορίστηκαν οι ζώνες τροφοδοσίας των γεωτρήσεων της ΔΕΥΑΠ με χρήση του κώδικα MODPATH v3 (Pollock, 1994) και εκτιμήθηκε η τρωτότητα αυτών των γεωτρήσεων. Διαπιστώθηκε ότι οι γεωτρήσεις που βρίσκονται κοντά στην κοίτη του Γλαύκου, όπως συμβαίνει με πολλές από τις γεωτρήσεις της ΔΕΥΑΠ, αντλούν σχεδόν αποκλειστικά νερό που προέρχεται από τον ποταμό. Έτσι είναι δυνατόν να προσβληθούν από ρυπάνσεις του νερού του ποταμού καθώς επίσης και από ανθρωπογενείς δραστηριότητες στις παρόχθιες ζώνες. (β) Εκτιμήθηκε ο κίνδυνος διείσδυσης θαλασσινού νερού σε περίπτωση εμφάνισης περιόδων ξηρασίας, για δύο διαφορετικά σενάρια αντλήσεων: ένα σύμφωνα με το σημερινό καθεστώς χρήσης του υπόγειου νερού και ένα για την αύξηση των αντλήσεων κατά 50%. Διαπιστώθηκε ότι για ξηρασία διάρκειας τεσσάρων ετών και αύξηση των αντλούμενων ποσοτήτων τα φαινόμενα υφαλμύρισης θα είναι έντονα. Με την επάνοδο όμως των μέσων υδρολογικών συνθηκών ο υδροφορέας ανακάμπτει. (γ) Για συνθήκες ξηρασίας εξετάστηκε η αποτελεσματικότητα του τεχνητού εμπλουτισμού για τον περιορισμό της διείσδυσης του θαλασσινού νερού. Ως μέθοδος εμπλουτισμού εξετάστηκε η εποχιακή αύξηση της στάθμης του νερού στον ποταμό με τη βοήθεια φουσκωτών φραγμάτων (βλ. Κωτσοβίνος, 1999). Διαπιστώθηκε ότι με τη μέθοδο αυτή μπορεί να επιτευχθεί σημαντική αύξηση των υπόγειων αποθεμάτων. Τέλος, εξετάζεται ως μέτρο προστασίας έναντι της διείσδυσης του θαλασσινού νερού η τεχνική των υπόγειων φραγμών. Επειδή στις μελέτες της τεχνικής αυτής που έχουν παρουσιαστεί στη βιβλιογραφία (π.χ. Luyun et al., 2011) έμφαση δίνεται μόνο στην επιρροή των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των φραγμών (απόσταση από την ακτή, βάθος φραγμού), έγινε στην παρούσα εργασία συστηματική διερεύνηση της συναρτησιακής σχέσης ανάμεσα στην αποτελεσματικότητα της μεθόδου και τα χαρακτηριστικά τόσο των φραγμών όσο και του υδροφορέα (υδραυλική αγωγιμότητα, ανισοτροπία, υδρομηχανική διασπορά, παροχή γλυκού νερού προς τη θάλασσα, αντλήσεις στην παράκτια ζώνη, υλικό κατασκευής του φραγμού). Η διερεύνηση έγινε με τη βοήθεια του αριθμητικού μοντέλου SUTRA 2.2 (Voss and Provost, 2010), για δύο τύπους υπόγειων φραγμών: τους διαφραγματικούς τοίχους και τα υπόγεια φράγματα. Δίδονται διαγράμματα και αναλυτικές σχέσεις με χρήση αδιάστατων μεταβλητών και για εύρος τιμών των μεταβλητών αυτών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διαστασιολόγηση φραγμών σε εφαρμογές πεδίου. Βάσει των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από τη διερεύνηση της προαναφερθείσας συναρτησιακής σχέσης και χρησιμοποιώντας και το μοντέλο του Γλαύκου, εξετάστηκε η αποτελεσματικότητα της κατασκευής ενός φραγμού περιορισμένου μήκους στον υδροφορέα. Διαπιστώθηκε ότι πέραν του περιορισμού της διείσδυσης αλμυρού νερού σε περιόδους ξηρασίας που επιτυγχάνεται, ο φραγμός επιταχύνει την υποχώρηση της αλμυρής σφήνας όταν επανέλθουν οι συνήθεις υδρολογικές συνθήκες. / In the present study coastal aquifer management issues are investigated. These issues concern measures which ensure the sustainability of the coastal groundwater and particularly: (a) protective measures against the degradation of groundwater caused by saltwater intrusion and human activities and (b) measures allowing the availability of sufficient volumes of fresh groundwater during periods of high demand. The investigation is based on the application of two numerical codes, which are suitable for simulating the groundwater flow under the influence of density differences. The investigation procedure is as follows. The application of the equations of groundwater flow with density differences and transport, the limitations and the advantages are presented for two widely used numerical models, the SEAWAT-2000 code (Langevin et al., 2003) and the SUTRA v.2.2 code (Voss & Provost, 2010). Based on the analysis above and on the experience acquired through the parallel use of the two codes, basic criteria are derived that allow for the selection of the code that best suits the needs of a certain problem. The investigation focuses on the Glafkos coastal aquifer, which is located at north Peloponnese (Greece), south of the city of Patras and is an important source of freshwater for the region. For this aquifer the SEAWAT-2000 code is implemented and calibrated. The model calibration is based on groundwater level time series that were registered by a relatively dense monitoring network, whose operation time, however, is limited. The network of the monitoring wells was constructed during 2007-2008 in cooperation of the Hydraulic Engineering Laboratory (Department of Civil Engineering, University of Patras) and the Municipal Enterprise of Water Supply and Sewage of Patras (DEYAP), in the frame of the project INTERREG IIIA GREECE-ITALY. The calibration procedure is based on: (a) The application of a G.I.S. system to organize, combine, analyse and evaluate the available information. (b) The application of hydraulic and statistical methods combined with the modification and application of pumping tests simulation methods, for the estimation of the hydraulic parameters of the coastal aquifer. (c) The combined analysis of hydrological data and groundwater level time series for the estimation of the aquifers water budget components. (d) The establishment of appropriate criteria for the evaluation of simulation results. (e) The empirical calibration of the model is performed for two periods, i.e. the period 2008-2010 and the period 2010-2012. This procedure is due to the availability of the groundwater level time series which were registered parallel to the model calibration. (f) The application of the Monte-Carlo method in order to investigate the probability that different combinations of model parameters give similar or better simulation results. The model calibration led to a better understanding of the aquifers recharge mechanisms which is crucial for the development of a groundwater management policy and the implementation of a management plan. The calibrated groundwater model of the Glafkos coastal aquifer is used for the investigation and evaluation of coastal aquifer management applications: (a) The capture zones of the municipal production wells are delineated by applying the MODPATH v3 code (Pollock, 1994). It is found out that the production wells that are located close to the Glafkos River, as it is the fact for the majority of the municipal production wells, pump water that originates almost exclusively from the river. Consequently, polluted water from the river or polluting human activities close to the riverbank can affect the quality of the pumped water. (b) The saltwater intrusion risk is estimated, in case of a prolonged drought period. Two cases are investigated; the first considers the current pumping rates of groundwater while the second considers a 50% increased pumping. It is found out that a four-year drought period combined with an increase of the groundwater exploitation will lead to significant saltwater intrusion problems. (c) The applicability and effectiveness of in-channel artificial recharge with the use of rubber dams, as a countermeasure against the saltwater intrusion, which may be induced by a four-year drought period, is investigated. It is found that the method is applicable and effectively reduces the intrusion of saltwater. Further it increases the groundwater storage in the aquifer. Finally, the construction of a cutoff wall which covers only a small part of the aquifers width, is evaluated as a countermeasure to saltwater intrusion problems which may arise in Glafkos coastal aquifer. Due to the fact that existing studies on the technique of the subsurface barriers focus only on the influence of the geometrical characteristics of barriers covering the whole width of the aquifer, a systematic investigation is curried out on the functional relationship between the effectiveness of the barriers and all the parameters influencing it, i.e. the geometrical characteristics of the barriers, the aquifer parameters (the hydraulic conductivity, anisotropy, hydromechanical dispersion, groundwater flow towards the sea) and the pumping rate. The investigation is curried out by the use of the finite element code SUTRA v.2.2 and concerns two types of barriers; the subsurface dams and the cutoff walls. The results include graphs and functional relationships for the assessment of the effect of subsurface dams and cutoff walls and the design of such structures. The results are presented in terms of dimensionless variables, with ranges suitable for field applications. Based on these results, a cutoff wall of small width is designed for the Glafkos coastal aquifer. Its effectiveness is evaluated by applying the calibrated SEAWAT-model of the coastal aquifer. It is shown that the cutoff wall not only reduces the saltwater intrusion during drought periods, but also it reduces the retreat time of the saltwater front under normal hydrological conditions.

Τα τελευταία χρόνια οι εφαρμογές συνεχούς μετάδοσης ροών πληροφορίας στο διαδίκτυο έχουν γίνει ιδιαίτερα δημοφιλείς. Με τον συνεχώς αυξανόμενο ρυθμό εισόδου νέων αντικειμένων πληροφορίας, γίνεται ολοένα και πιο επιτακτική η ανάγκη για την ανάπτυξη πληροφορικών συστημάτων που να μπορούν να προσφέρουν στους χρήστες τους μόνο εκείνες τις πληροφορίες που τους ενδιαφέρουν, φιλτράροντας τεράστιους όγκους από άσχετες για τον κάθε χρήστη, πληροφορίες. Ένα μοντέλο διάδοσης πληροφορίας ικανό να ενσωματώσει τέτοιου είδους ιδιότητες, είναι το μοντέλο δημοσιεύσεων/συνδρομών βασισμένο στο περιεχόμενο ( content-based publish/subscribe) Βασική συνεισφορά μας στο χώρο είναι η εφαρμογή του μοντέλου δημοσιεύσεων/συνδρομών βασισμένου στο περιεχόμενο (content-based publish/subscribe) πάνω στα δίκτυα ομοτίμων ώστε να μπορέσουμε να προσφέρουμε στους χρήστες υψηλή εκφραστικότητα κατά την δήλωση των ενδιαφερόντων τους, λειτουργώντας σε ένα πλήρως κατανεμημένο και κλιμακώσιμο περιβάλλον. Ο κορμός των προτεινόμενων λύσεων σε αυτή τη διατριβή είναι: (α) η ανάπτυξη αλγορίθμων για την αποθήκευση των κλειδιών των δημοσιεύσεων σε κατάλληλους κόμβους του δικτύου με βάση τις συνθήκες στο περιεχόμενο που έχουν δηλωθεί και (β) αλγορίθμων δρομολόγησης δημοσιεύσεων στο διαδίκτυο έτσι ώστε να ((συναντούν)) αυτούς τους κόμβους οι οποίοι περιέχουν συνδρομές που ικανοποιούνται από την πληροφορία της δημοσίευσης. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι υλοποιήθηκαν και εξετάσθηκαν ενδελεχώς με προσομοίωση μελετώντας την απόδοσή τους με βάση μετρικές όπως: η δίκαιη κατανομή του φόρτου στους κόμβους του δικτύου από τη διακίνηση μηνυμάτων κατά την επεξεργασία των συνδρομών/δημοσιεύσεων, ο συνολικός αριθμός μηνυμάτων που διακινούνται, ο συνολικός όγκος επιπλέον πληροφορίας που απαιτούν οι αλγόριθμοι να εισέλθει στο δίκτυο (network bandwidth), και ο χρόνος που απαιτείται για την ανεύρεση των συνδρομών που συζευγνύουν με κάθε δημοσίευση. / In the past few years the continuous data streams applications have become particularly popular. With the continuously increasing rate of entry of new information, it becomes imperative the need for developing appropriate infrastructures that will offer only the information that users are interested for, filtering out large volumes of irrelevant for each user, information. The content-based publish/subscribe model, is capable of handling large volumes of data traffic in a distributed, fully decentralized manner. Our basic contribution in this research area is the coupling of the content-based publish/subscribe model with the structured (DHT-based) peer-to-peer networks, offering high expressiveness to users on stating their interests. The proposed infrastructure operated in a distributed and scalable environment. The proposed solutions in this thesis are related to the development and testing: (a) of a number of algorithms for subscription processing in the network and (b) of a number of algorithms for processing the publication events. The proposed algorithms were developed and thoroughly tested with a detailed simulation-based experimentation. The performance metrics are: the fair distribution of load in the nodes of network from the distribution of messages while processing subscriptions and publication events, the total number of messages that are generated, the total volume of additional information that is required from the algorithms to operate, and the time that is required for matching publication events to subscriptions.

Το αντικείμενο της διατριβής αυτής είναι η μελέτη της διαστρωματικής (cross-layer) προσέγγισης ανάπτυξης ασύρματων δικτύων κατανεμημένης λειτουργίας με απαιτήσεις επικοινωνίας πραγματικού χρόνου και περιορισμένους διαθέσιμους πόρους. Επιπλέον βασικό στόχο αποτελεί και η σχεδίαση, πρόταση αντίστοιχης αρχιτεκτονικής η οποία στοχεύει στη βέλτιστη διαχείριση διαθεσίμων δικτυακών πόρων σε καταστάσεις συμφόρησης του δικτύου και κατά συνέπεια στην βελτίωση της απόδοσης αυτού. Μέσα από μελέτες στα πλαίσια της διατριβής αναδεικνύεται η σημασία του φαινομένου συμφόρησης ως κύριου παράγοντα σπατάλης δικτυακών πόρων καθώς και οδήγησης του δικτύου σε κατάσταση κορεσμού με αρνητική επίπτωση σε όλες τις παραμέτρους απόδοσης του δικτύου. Στόχος, λοιπόν, της προτεινόμενης επικοινωνιακής αρχιτεκτονικής είναι η αποφυγή του φαινομένου συμφόρησης έτσι ώστε το δίκτυο να οδηγείται δυναμικά σε ένα σταθερό σημείο απόδοσης (όσο αυτό είναι δυνατό) το οποίο θα επιτρέπει στο δίκτυο να αποδίδει όσο το δυνατόν καλύτερα αποφεύγοντας τη ίδια στιγμή άσκοπη σπατάλη πόρων. Βασική παράμετρος στη σχεδίαση αποτελεί η συμβατότητα τόσο ως προς σημαντικό εύρος διαθέσιμων πρωτοκόλλων σε διάφορα επίπεδα, όσο και ως προς τη δυνατότητα συνύπαρξης κόμβων που ενσωματώνουν την προτεινόμενη αρχιτεκτονική με κόμβους χωρίς αυτήν. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική υλοποιήθηκε στα πλαίσια γνωστού και αξιόπιστου δικτυακού εξομοίωση. Αξιολόγηση της υλοποίησης αυτής μέσα από μεγάλο αριθμό πειραμάτων έδειξε επίτευξη του στόχου καθώς το φαινόμενο της συμφόρησης αντιμετωπίστηκε σε όλες τις περιπτώσεις με σημαντικά οφέλη στην απόδοση του δικτύου και διαχείριση των πόρων. Επιπλέον, λόγω του μεγάλου βαθμού παραμετροποίησης αποτελεί ιδανική βάση για μελλοντικές προεκτάσεις. / This objective of this dissertation is the study of cross-layer approach applied on the development of distributed wireless networks with real-time response demands and scarce available resources. Furthermore, another main goal is the design and proposal of a respective network architecture aiming at optimum resource management under congestion scenarios and therefore maximization of network performance. Through various studies undertaken in the context of this dissertation the importance of the congestion problem is presented as a main factor leading the network to resource waste and saturation conditions negatively affecting all network performance metrics. Consequently, this dissertation aims in proposing a cross-layer architecture able to detect and tackle congestion phenomenon by dynamically retaining network performance at a steady state (as than is possible) where network performs optimally and resource waste in minimized. Among others, a main parameter is retaining compatibility with a wide range of widely used protocols of various layers as well compatibility concerning the coexistence in the same network of stations supporting with stations not supporting the proposed architecture. The proposed architecture is implemented in the context of widely known and used network simulator. Evaluation of this implementation through numerous simulations showed that the objectives are met since congestion phenomenon is tackled in most cases with significant benefits concerning network performance and resource management. Furthermore, due to the high parametrization degree it constitutes a very good base for future expansions.

Το ερευνητικό αντικείμενο της συγκεκριμένης διατριβής αναφέρεται στην επεξεργασία έγχρωμης εικόνας με χρήση της θεωρίας γράφων, την ανάκτηση εικόνας καθώς και την οργάνωση / διαχείριση βάσεων δεδομένων με μεθόδους γραφημάτων και αναγνώρισης προτύπων, με εφαρμογή σε πολυμέσα. Τα συγκεκριμένα προβλήματα προσεγγίστηκαν διατηρώντας τη γενικότητά τους και επιλύθηκαν με βάση τα ακόλουθα σημεία: 1. Ανάπτυξη τεχνικών για την επιλογή χαρακτηριστικών από τις εικόνες βάσει χαρακτηριστικών χαμηλού επιπέδου (χρώματος και υφής), για χρήση τους σε εφαρμογές ομοιότητας και ανάκτησης εικόνας. 2. Υπολογισμός μετρικών και αποστάσεων στο χώρο των χαρακτηριστικών. 3. Μελέτη της πολυσχιδούς δομής των εικόνων μιας βάσης στο χώρο των χαρακτηριστικών. 4. Ελάττωση της διάστασης του χώρου και παραγωγή αναπαραστάσεων δύο διαστάσεων. 5. Εφαρμογή των μεθόδων αυτών σε υποκειμενικές αποστάσεις εικόνων. Η θεωρία γράφων και οι μέθοδοι αναγνώρισης προτύπων χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να παρουσιαστούν βέλτιστες λύσεις αφενός στο πρόβλημα της ανάκτησης εικόνων από βάσεις δεδομένων και αφετέρου στην οργάνωση και διαχείριση τέτοιων βάσεων εικόνων. Η διατριβή φέρνει πιο κοντά την επεξεργασία εικόνας με μεθόδους προερχόμενες από τη θεωρία γραφημάτων, τη στατιστική και την αναγνώριση προτύπων. Σε όλη τη διάρκεια της διατριβής, ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στο ζήτημα της εύρεσης του κατάλληλου συνδυασμού μεταξύ της αποτελεσματικότητας των συστημάτων και της αποδοτικότητας στα πλαίσια της εφαρμογής των προτεινόμενων αλγοριθμικών διαδικασιών. Τα αναλυτικά πειραματικά αποτελέσματα που πραγματοποιήθηκαν, αποδεικνύουν την βελτιωμένη απόδοση των προτεινόμενων μεθοδολογιών. / The subject of this doctoral thesis is related to color image processing using graph theoretic methods, image retrieval and image database management and organization in the reduced feature space, using pattern recognition analysis, with multimedia applications. The author attempted to approach the thesis subject by retaining its genericness and addressing the following points: 1. Development of techniques for extraction of image visual attributes based on low level features (color and texture information), to be used for image similarity and retrieval practices. 2. Calculation of metrics and distances in the feature space. 3. Study of the image manifolds created in the selected feature space. 4. Application of dimensionality reduction techniques and production of biplots. 5. Application of the proposed methodologies using perceptual image distances. Graph theory and pattern recognition methodologies were incorporated in order to provide novel solution to color image retrieval of image databases, as well as to image database management and organization. The current thesis brings closer image processing with graph theoretic methodologies, statistical analysis and pattern recognition. Throughout the thesis, consideration has been taken for finding the best trade off between effectiveness and efficiency when applying the proposed algorithmic procedures. The extended experimental results carried out in all stages of the projected studies reveal the enhanced performance of the proposed methodologies.

Οι οικονομικές και τεχνολογικές εξελίξεις των τελευταίων ετών, η απελευθέρωση της αγοράς, οι ισχυρές κατά απαίτηση πολυμεσικές υπηρεσίες καθώς και ο αυξημένος αριθμός χρηστών των κινητών δικτύων υποδεικνύουν την αναγκαιότητα της σύγκλισης των δύο δικτυακών τεχνολογιών (κινητή τηλεφωνία και internet) με στόχο την παροχή υπηρεσιών Internet στο περιβάλλον των κινητών επικοινωνιών. Η παραπάνω απαίτηση οδήγησε στην δημιουργία του δικτύου επόμενης γενιάς NGN. Η διπλωματική αυτή εργασία ασχολείται με την μελέτη της αρχιτεκτονικής του επιπέδου υπηρεσιών και την υποστήριξη Ποιότητας Υπηρεσίας (QoS) σε δίκτυα Νέας Γενιάς. Συγκεκριμένα δίνεται έμφαση στις λειτουργίες ελέγχου, σηματοδοσίας και λειτουργιών αρχιτεκτονικής του QoS σε επίπεδο υπηρεσιών. Αρχικά, ορίζουμε την έννοια “QoS” όσον αφορά την οπτική του δικτύου και το χρήστη. Περιγράφονται η αρχιτεκτονική του στρώματος υπηρεσιών του δικτύου καθώς και οι λειτουργίες ελέγχου πόρου και αποδοχής των κλήσεων, που αποτελούν σημαντικό μέρος της αρχιτεκτονικής του NGN. Στη συνέχεια παρουσιάζονται αρχιτεκτονικές που προορίζονται για την παροχή του QoS (IntServ, DiffServ), στη Συμφωνία Στάθμης Παρεχόμενης Υπηρεσίας (SLA), το πρωτόκολλο σηματοδοσίας COPS. Επίσης, δίνουμε έμφαση σε ορισμένες πτυχές (χρονοδρομολόγηση, διαχείριση ουρών) μίας QoS αρχιτεκτονικής, οι οποίες είναι ζωτικής σημασίας όσον αφορά την αποδοτική παροχή Ποιότητας Υπηρεσίας. Στη συνέχεια, με τη χρήση του εργαλείου προσομοίωσης OPNET, διεξάγουμε μια σειρά προσομοιώσεων σε ένα ATM και σε ένα NGN δίκτυο. Τέλος, παραθέτουμε και αναλύουμε τα αποτελέσματα των προαναφερθέντων πειραμάτων. / The concept of an NGN (Next Generation Network) has been introduced to take into consideration the new realities in the telecommunications industry, characterized by factors such as: competition among operators due to ongoing deregulation of markets, explosion of digital traffic, e.g.,increasing use of "the Internet", increasing demand for new multimedia services, increasing demand for a general mobility, convergence of networks and services, etc. This thesis has as subject the architecture of service stratum and presents an overview of standards functions defining the Quality of Service (QoS) in Next Generation Networks (NGNs). Several standards bodies define the QoS control architectures based on their scope of work. Specifically, emphasis is given to control functions, signalling and functional architecture of QoS in service stratum. Firstly, we define the meaning of QoS according to the view of the operator’s network and terminal users. The functional architecture of service stratum and especially the part of resource and admission control functions are described in the main body. Furthermore, architectures as IntServ and DiffServ, SLAs and COPS protocol are used as providers of the QoS. Scheduling and queuing management are necessary to optimize the QoS in NGN networks. In this project, we use OPNET simulator in two scenarios to determine construct and control ATM and NGN networks. Finally, collect the results of the experiments and analyze them.

Τα μελλοντικά ασύρματα δίκτυα και συστήματα επικοινωνιών αναμένεται να παρέχουν αξιόπιστα υπηρεσίες δεδομένων με απαιτήσεις ρυθμού μετάδοσης δεδομένων οι οποίες κυμαίνονται από λίγα kbps μέχρι μερικά Mbps και εξαιτίας του υψηλού κόστους του φάσματος συχνοτήτων, αυτά τα συστήματα χρειάζεται να είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά όσον αφορά στη χρησιμοποίηση του φάσματος. Συγκεκριμένα, η εφαρμογή τεχνικών μετάδοσης δεδομένων οι οποίες βασίζονται σε MIMO και OFDMA θεωρείται ως μια πολλά υποσχόμενη λύση για να ικανοποιήσει αυτές τις απαιτήσεις. Από την άλλη μεριά, τα συστήματα MIMO-OFDMA είναι εύκαμπτα και φασματικά αποτελεσματικά αλλά ο αξιοσημείωτα μεγάλος αριθμός υποφορέων και ο συνυπολογισμός της διάστασης χώρου καθιστούν την κατανομή ραδιοπόρων πολύ πολύπλοκη. Στην πραγματικότητα, η βέλτιστη κατανομή ραδιοπόρων η οποία μεγιστοποιεί το συνολικό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων των χρηστών είναι συχνά πάρα πολύ πολύπλοκη για πρακτικές εφαρμογές. Συνεπώς, απαιτούνται υποβέλτιστες σχετικά αποτελεσματικές και χαμηλής πολυπλοκότητας στρατηγικές κατανομής ραδιοπόρων ώστε να κατανείμουν τους ραδιοπόρους συχνότητας, ισχύος και χώρου του συστήματος στους χρήστες του συστήματος. Η παρούσα ΔΔ διαπραγματεύεται στρατηγικές κατανομής ραδιοπόρων στην κατερχόμενη και στην ανερχόμενη ζεύξη συστημάτων OFDMA, στην κατερχόμενη ζεύξη συστημάτων MISO-OFDMA και στην κατερχόμενη ζεύξη συστημάτων MIMO-OFDMA στοχεύοντας στη μεγιστοποίηση του συνολικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων των χρηστών εγγυώντας οι ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων των χρηστών να τηρούν μια προκαθορισμένη αναλογία μεταξύ τους ή να ξεπερνούν προκαθορισμένους ελάχιστους ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων. Στο πλαίσιο της επίλυσης του προβλήματος της μεγιστοποίησης του συνολικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων των χρηστών με ανεκτή πολυπλοκότητα για κάθε μία από τις προαναφερθείσες περιπτώσεις, προτείνονται νέοι υποβέλτιστοι αλγόριθμοι. Στην κατερχόμενη ζεύξη των συστημάτων SISO, στόχος είναι η μεγιστοποίση του συνολικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων των χρηστών με περιορισμό στη συνολική διαθέσιμη ισχύ και με αναλογικούς ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων μεταξύ των χρηστών. Η προτεινόμενη μέθοδος, η οποία είναι αποτελεσματική όσον αφορά στην πολυπλοκότητα, αποτελείται από τρεις αλγόριθμους: έναν αλγόριθμο ο οποίος προσδιορίζει τον αριθμό των υποφορέων για κάθε χρήστη, έναν αλγόριθμο κατανομής υποφορέων διαιρώντας τους χρήστες σε δύο ομάδες και τον αλγόριθμο water-filling. Οι πρώτοι δύο αλγόριθμοι αναθέτουν τους διαθέσιμους υποφορείς στους χρήστες του συστήματος και ο τρίτος αλγόριθμος κατανέμει τη διαθέσιμη ισχύ με βέλτιστο τρόπο για μεγιστοποίηση του συνολικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων. Στην ανερχόμενη ζεύξη των συστημάτων SISO, στόχος είναι η μεγιστοποίηση του συνολικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων των χρηστών με περιορισμό στην ισχύ κάθε χρήστη και σε ελάχιστους ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων μεταξύ των χρηστών. Η προτεινόμενη τεχνική, η οποία είναι αποτελεσματική όσον αφορά στην πολυπλοκότητα, αποτελείται από τρεις αλγόριθμους: έναν αλγόριθμο ο οποίος προσδιορίζει τον αριθμό των υποφορέων για κάθε χρήστη, έναν αλγόριθμο κατανομής υποφορέων διαιρώντας τους χρήστες σε δύο ομάδες και τον αλγόριθμο water-filling. Οι πρώτοι δύο αλγόριθμοι αναθέτουν τους διαθέσιμους υποφορείς στους χρήστες του συστήματος και ο τρίτος αλγόριθμος κατανέμει τη διαθέσιμη ισχύ. Στην κατερχόμενη ζεύξη των συστημάτων MISO αναπτύσσονται τρεις αλγόριθμοι επιλογής χρηστών και κατανομής πόρων για πολυχρηστικά συστήματα κατερχόμενης ζεύξης οι οποίοι είναι λιγότερο πολύπλοκοι από άλλες προσεγγίσεις και ενσωματώνουν τη δικαιοσύνη. Στους πρώτους δύο αλγόριθμους επιβάλλονται αναλογικοί περιορισμοί μεταξύ των ρυθμών μετάδοσης δεδομένων των χρηστών και στον τρίτο αλγόριθμο περιορισμοί στους ελάχιστους ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων λαμβάνονται υπόψη. Επίσης, πραγματοποιείται επέκταση του αλγόριθμου μεγιστοποίησης του συνολικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων με αναλογικούς περιορισμούς δικαιοσύνης σε ΣΚΚ και για μείωση της πολυπλοκότητας οι υποφορείς ομαδοποιούνται σε τεμάχια. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης επιβεβαιώνουν την αποτελεσματικότητα τους στη διανομή του συνολικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων δίκαια μεταξύ των χρηστών αλλά και ότι σε ΣΚΚ επιτυγχάνονται μεγαλύτεροι συνολικοί ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων. Τέλος, στην κατερχόμενη ζεύξη των συστημάτων MIMO, το πρόβλημα διατυπώνεται με στόχο τη μεγιστοποίηση του συνολικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων των χρηστών με περιορισμό στη συνολική διαθέσιμη ισχύ και ελέγξιμο εύρος ζώνης στο σύστημα εισάγοντας την παράμετρο α. Αφού αυτό το πρόβλημα βελτιστοποίησης πρέπει να εκτελεστεί σε πραγματικό χρόνο, προτείνεται ένας αλγόριθμος αποδοτικός, υποβέλτιστος και αποτελεματικός όσον αφορά στην πολυπλοκότητα ο οποίος παρουσιάζει λογική απώλεια όσον αφορά στην περίπτωση χωρίς περιορισμούς όπου ο μόνος στόχος είναι η μεγιστοποίηση του συνολικού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων και εντυπωσιακό όφελος συγκρινόμενος με τη στατική τεχνική TDMA. Πέραν της θεωρητικής ανάλυσης των παραπάνω αλγόριθμων, ο προσομοιωτικός κώδικας που δημιουργήθηκε βασισμένος σε ρεαλιστικές υποθέσεις και απλουστεύσεις, μάς έδωσε τα αποτελέσματα εκείνα τα οποία μετρούν το συνολικό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων των χρηστών ο οποίος παρέχεται από κάθε έναν από τους προαναφερθέντες αλγόριθμους και εξετάζουν την πιθανή καταλληλότητα για χρήση τους σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα. Τα τελικά συμπεράσματα είναι ότι τα συστήματα MIMO-OFDMA είναι ικανά να προσφέρουν πραγματικές ευρυζωνικές υπηρεσίες πάνω από το ασύρματο κανάλι επικοινωνίας. / Future wireless communication networks and systems are expected to reliably provide data services with data rate requirements ranging from a few kbps up to some Mbps and, due to the high costs of frequency spectrum, these systems also need to be extremely efficient in terms of the spectrum usage. In particular, the application of transmission schemes based on OFDMA and on MIMO is considered as a promising solution to meet these requirements. On the one hand, MIMO-OFDMA systems are flexible and spectrally efficient but the considerably large number of subcarriers and the inclusion of the space dimension make the RRA in such systems very complex. In fact, the optimum RRA that maximizes the sum of the users' data rates is often too complex for practical application. Consequently, suboptimal rather efficient and low-complexity RRA strategies are required in order to allocate the frequency, power, and space radio resources of the system to the users of the system. This doctoral thesis deals with RRA strategies in the downlink and uplink of OFDMA systems, the downlink of MISO-OFDMA systems, and the downlink of MIMO-OFDMA systems aiming at the maximization of the sum of the users' data rates guaranteeing proportional data rates or minimum data rates among users. In order to solve the problem of maximizing the sum of the users' data rates with affordable complexity in each one of the aforementioned cases, new suboptimal algorithms are proposed. In the SISO downlink the objective is to maximize the sum of the users' data rates subject to constraints on the total available power and proportional data rates among users. The proposed method, which is also complexity effective, consists of three algorithms; an algorithm that determines the number of subcarriers for each user, a subcarrier allocation algorithm by dividing the users in two groups and the water-filling algorithm. The first two algorithms assign the available subcarriers to the users of the system and the third one allocates the available power optimally in order to maximize the sum of the users' data rates. In the SISO uplink the objective is to maximize the sum of the users' data rates subject to constraints on per user power and minimum data rates among users. The proposed scheme, which is also complexity effective, consists of three algorithms; an algorithm that determines the number of subcarriers for each user, a subcarrier allocation algorithm by dividing the users in two groups and the water-filling algorithm. The first two algorithms assign the available subcarriers to the users of the system and the third one allocates the available power. In the MISO downlink three user selection and resource allocation algorithms for multiuser downlink systems are developed that are less complex than other approaches and incorporate fairness. In the first two algorithms proportional constraints among the users' data rates are imposed and in the third algorithm minimum data rate constraints are taken into account. The proposed algorithm that maximizes the sum of the users' data rates with proportional data rate constraints is also applied to DAS and subcarriers are grouped to chunks. Simulation results sustain their effectiveness in distributing the sum data rate fairly and flexibly among users and that in DAS higher sum of the users' data rates are obtained. Finally, in the MIMO downlink the problem is formulated in order to maximize the sum of the users' data rates subject to total available power constraint with controllable bandwidth introducing system parameter α. Since this optimization should be performed in real time, an efficient, suboptimal and complexity effective algorithm is proposed which shows reasonable loss with respect to the unconstrained case where the only target is the maximization of the sum data rate and impressive profit compared to static TDMA scheme. Apart from the theoretical analysis of the above algorithms, simulation code, which was created based on realistic assumptions and simplifications, gave us results which measure the sum of the users' data rates that provide each one of the aforementioned algorithms and examine the possible appropriateness for use in specific environments. The final concluding results are that MIMO-OFDMA systems are able to offer real broadband services over the wireless communication channel.