Η υπολογιστική εξισορρόπηση χρώματος είναι ένα βασικό προαπαιτούμενο για πολλές εφαρμογές όρασης μηχανών. Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται πολλές πρόσφατες εξελίξεις και οι τελευταίες μέθοδοι εξισορρόπησης χρώματος. Προτείνονται επίσης διαφορετικά κριτήρια για την εκτίμηση των προσεγγίσεων αυτών. Επιχειρείται μια ταξινόμηση των μεθόδων αυτών και αυτές χωρίζονται σε τρεις ομάδες: τις στατικές μεθόδους, τις μεθόδους βασισμένες στο χρωματικό εύρος (gamut-based) και τις μεθόδους βασισμένες στην εκπαίδευση (learning-based). Ακόμη, συζητείται η πειραματική διάταξη συμπεριλαμβανομένης μιας επισκόπησης των δημόσια διαθέσιμων συνόλων δεδομένων εικόνας. Τέλος, γίνεται μια αξιολόγηση των μεθόδων που θεωρούνται αιχμής με βάση δύο σύνολα δεδομένων. / Computational color constancy is a fundamental prerequisite for many computer vision applications. This dissertation presents a survey of many recent developments and state-of-the- art methods. Several criteria are proposed that are used to assess the approaches. A taxonomy of existing algorithms is proposed and methods are separated in three groups: static methods, gamut-based methods and learning-based methods. Further, the experimental setup is discussed including an overview of publicly available data sets. Finally, various freely available methods, of which some are considered to be state-of-the-art, are evaluated on two data sets.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εφαρμόζουμε τις αρχές της Θεωρίας Παιγνίων και πιο συγκεκριμένα τις έννοιες των Ισορροπιών Nash και των Παιγνίων Εξισορρόπησης Φορτίου, με σκοπό να αναλύσουμε την επίδραση που έχει στην απόδοση των δικτύων και των κατανεμημένων συστημάτων η εγωιστική και ανταγωνιστική συμπεριφορά των χρηστών τους. Πρώτα εξετάζουμε το παίγνιο της εξισορρόπησης φορτίου με τρεμάμενο χέρι σε ταυτόσημες μηχανές ως προς την ύπαρξη αγνών ισορροπιών Nash. Δείχνουμε πως υπάρχει πάντα μία αγνή ισορροπία Nash με αναγωγή από τα αποτελέσματα για τα παίγνια εξισορρόπησης φορτίου. Έπειτα, δίνουμε αλγόριθμο πολυωνυμικού χρόνου για τον υπολογισμό της ισορροπίας αυτής. Τέλος, εξετάζουμε το κόστος της Αναρχίας του παιγνίου. Το κόστος της Αναρχίας εκφράζει την απόκλιση της απόδοσης της χειρότερης Ισορροπίας Nash από την βέλτιστη απόδοση. Αποδεικνύουμε πως το κόστος της Αναρχίας του παιχνιδιού φράσσεται εκ των άνω από μία μικρή σταθερά. / In the present diploma thesis we will be using basic concepts of Game Theory, more specifically the concepts of Nash Equilibrium and Load Balancing Games, in order to analyse the effect of egoistic and competitive user's behaviour on the efficiency of networks and distributed systems. Firstly, we prove that the trembling hand load balancing game on identical machines always admits a pure Nash equilibrium. Secondly, we find an algorithm that computes this Nash equilibrium in polynomial time. Finally, we compare the social cost of pure equilibria with optimal solutions. This ratio is called pure price of Anarchy. We prove that the pure price of anarchy is bounded by a small constant factor.

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

Η παρούσα εργασία ασχολείται με κινητά Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων και προτείνεται ένα αποδοτικό πρωτόκολλο διάδοσης για κινητά Δίκτυα Αισθητήρων με σταθερό σταθμό Κόμβο-Πηγή. Επίσης, υλοποιούνται σε πραγματικό πειραματικό δίκτυο ασύρματων αισθητήρων και μελετάται πειραματικά η απόδοση πρωτοκόλλων εξισορρόπησης ενέργειας. Τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων αποτελούνται από μεγάλο αριθμό αυτόνομων συσκευών με περιορισμένες δυνατότητες επικοινωνίας, αποθήκευσης, επεξεργασίας και ενέργειας, που τοποθετούνται σε μια συγκεκριμένη περιοχή ενδιαφέροντος στην οποία δεν υπάρχει καμία εκ των προτέρων εγκατεστημένη δικτυακή υποδομή και γνώση της τοπολογίας. Οι κόμβοι επικοινωνούν και συνεργάζονται μεταξύ τους και ακροάζονται το περιβάλλον με τη χρήση αισθητήρων με στόχο να φέρουν σε πέρας εφαρμογές όπως είναι, ο έλεγχος κυκλοφορίας, η συλλογή μετεωρολογικών δεδομένων, η παρακολούθηση του περιβάλλοντος καθώς και εφαρμογές ασφαλείας. Η δρομολόγηση δεδομένων στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων γίνεται ως εξής, οι αισθητήρες-κόμβοι συλλέγουν δεδομένα από το περιβάλλον που ακροάζονται και τα προωθούν σε γειτονικούς κόμβους με στόχο να φτάσουν κάποια στιγμή (multi-hop routing) σε ένα κόμβο-πηγή (sink) ο οποίος έχει απεριόριστο αποθηκευτικό χώρο και ενέργεια. Για την αύξηση της διάρκειας ζωής ενός ασύρματου δικτύου αισθητήρων έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές όπως είναι οι τεχνικές εξισορρόπησης ενέργειας. Στόχος στο πρόβλημα της εξισορρόπησης κατανάλωσης ενέργειας σε ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων είναι να επιτύχουμε ίση κατανάλωση ενέργειας ανά κόμβο του δικτύου ώστε να μεγιστοποιήσουμε τη διάρκεια ζωής του δικτύου αποφεύγοντας την πρόωρη αποσύνδεση του δικτύου. Τα προτεινόμενα πρωτόκολλα για κινητά δίκτυα αισθητήρων αξιολογήθηκαν πειραματικά μέσω διεξοδικής προσομοίωσης, χρησιμοποιώντας ποικίλες τιμές για βασικές παραμέτρους του δικτύου και συγκρίθηκαν με υπάρχουσες ευρέως αποδεκτές μεθόδους. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τόσο ο χρόνος παράδοσης των μηνυμάτων, όσο και η ενέργεια που απαιτείται διατηρούνται σε χαμηλά επίπεδα, βελτιώνοντας σημαντικά την προηγούμενη σχετική έρευνα. Όσον αφορά τα πρωτόκολλα εξισορρόπησης ενέργειας, υλοποιήθηκαν σε πραγματικό πειραματικό δίκτυο και αξιολογήθηκαν πειραματικά μέσω πραγματικών πειραμάτων. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώνουν τα θεωρητικά αποτελέσματα των μελετώμενων πρωτοκόλλων. / In this thesis we study Sensor Networks that are highly dynamic and mobile, and we propose a new efficient routing protocol for mobile Sensor Networks with a static base-station/sink. Moreover, we implement energy balancing data propagation protocols in a wireless sensor network test-bed and we investigate their performance. Wireless Sensor Networks consist of a large number of small, autonomous devices, that have limited communication, storage, computational and energy resources, that are deployed in a specific area of interest where there is no prior established network infrastructure and knowledge of topology. The nodes communicate and cooperate with each other and sense the environment by using sensors to carry out applications such as control traffic, weather monitoring, environmental monitoring and security applications. The routing of data in wireless sensor network is done as follows, the sensor-nodes sense the environment, collect data and relay the data to adjacent nodes in order to reach in a multi-hop way to a base station (sink) which has unlimited storage and energy resources. There have been developed various techniques to increase the lifetime of a wireless sensor network such as energy balancing propagation techniques. The goal of the energy balancing propagation schemes is to achieve equal energy consumption per node in order to maximize the lifetime of the network by avoiding early disconnection of the network. An extensive performance comparison of the protocols for mobile sensor networks proposed in this study to relevant methods from the state of the art demonstrates significant improvements i.e. latency is reduced by even four times while keeping energy dissipation and delivery success at very satisfactory levels. Regarding the energy balancing protocols, we have implemented them in a real experimental testbed and evaluated them experimentally via real experiments. The experimental results confirm the theoretical results of the studied protocols.

Τα κατανεμημένα δίκτυα κλίμακας Ίντερνετ και κυρίως τα δίκτυα ομοτίμων εταίρων, γνωστά και ως peer-to-peer (p2p), που αποτελούν το πιο αντιπροσωπευτικό παράδειγμά τους, προσελκύουν τα τελευταία χρόνια μεγάλο ενδιαφέρον από τους ερευνητές και τις επιχειρήσεις λόγω των ιδιόμορφων χαρακτηριστικών τους, όπως ο πλήρης αποκεντρωτικός χαρακτήρας, η αυτονομία των κόμβων, η ικανότητα κλιμάκωσης, κ.λπ. Αρχικά σχεδιασμένα να υποστηρίζουν εφαρμογές διαμοιρασμού αρχείων με βασική υπηρεσία την επεξεργασία απλών ερωτημάτων, σύντομα εξελίχτηκαν σε ένα καινούργιο μοντέλο κατανεμημένων συστημάτων, με μεγάλες και αυξανόμενες δυνατότητες για διαδικτυακές εφαρμογές, υποστηρίζοντας πολύπλοκες εφαρμογές διαμοιρασμού δομημένων και σημασιολογικά προσδιορισμένων δεδομένων. Η προσέγγισή μας στην περιοχή αυτή γίνεται προς δύο βασικές κατευθύνσεις: (α) την επεξεργασία πολύπλοκων ερωτημάτων και (β) την εκτίμηση των ανομοιομορφιών των διαφόρων κατανομών που συναντάμε στα δίκτυα αυτά (π.χ. φορτίου, προσφοράς ή κατανάλωσης ενός πόρου, τιμών των δεδομένων των κόμβων, κ.λπ.), που εκτός των άλλων αποτελεί ένα σημαντικό εργαλείο στην υποστήριξη πολύπλοκων ερωτημάτων. Συγκεκριμένα, ασχολούμαστε και επιλύουμε τρία βασικά ανοικτά προβλήματα. Το πρώτο ανοικτό πρόβλημα είναι η επεξεργασία ερωτημάτων εύρους τιμών σε ομότιμα συστήματα κατανεμημένου πίνακα κατακερματισμού, με ταυτόχρονη εξασφάλιση της εξισορρόπησης του φορτίου των κόμβων και της ανοχής σε σφάλματα. Προτείνουμε μια αρχιτεκτονική επικάλυψης, που ονομάζουμε Saturn, που εφαρμόζεται πάνω από ένα δίκτυο κατανεμημένου πίνακα κατακερματισμού. Η αρχιτεκτονική Saturn χρησιμοποιεί: (α) μια πρωτότυπη συνάρτηση κατακερματισμού που τοποθετεί διαδοχικές τιμές δεδομένων σε γειτονικούς κόμβους, για την αποδοτική επεξεργασία των ερωτημάτων εύρους τιμών και (β) την αντιγραφή, για την εξασφάλιση της εξισορρόπησης του φορτίου προσπελάσεων (κάθετη, καθοδηγούμενη από το φορτίο αντιγραφή) και της ανοχής σε σφάλματα (οριζόντια αντιγραφή). Μέσα από μια εκτεταμένη πειραματική αξιολόγηση του Saturn και σύγκριση με δύο βασικά δίκτυα κατανεμημένου πίνακα κατακερματισμού (Chord και OP-Chord) πιστοποιούμε την ανωτερότητα του Saturn να αντιμετωπίζει και τα τρία ζητήματα που θέσαμε, αλλά και την ικανότητά του να συντονίζει το βαθμό αντιγραφής ώστε να ανταλλάζει ανάμεσα στο κόστος αντιγραφής και στο βαθμό εξισορρόπησης του φορτίου. Το δεύτερο ανοικτό πρόβλημα που αντιμετωπίζουμε αφορά την έλλειψη κατάλληλων μετρικών που να εκφράζουν τις ανομοιομορφίες των διαφόρων κατανομών (όπως, για παράδειγμα, το βαθμό δικαιοσύνης μιας κατανομής φορτίου) σε κατανεμημένα δίκτυα κλίμακας Ίντερνετ και την μη αποτελεσματική ή δυναμική εκμετάλλευση μετρικών ανομοιομορφίας σε συνδυασμό με αλγορίθμους διόρθωσης (όπως ο αλγόριθμος εξισορρόπησης φορτίου). Το πρόβλημα είναι σημαντικό γιατί η εκτίμηση των κατανομών συντελεί στην ικανότητα κλιμάκωσης και στην επίδοση αυτών των δικτύων. Αρχικά, προτείνουμε τρεις μετρικές ανομοιομορφίας (το συντελεστή του Gini, τον δείκτη δικαιοσύνης και το συντελεστή διασποράς) μετά από μια αναλυτική αξιολόγηση μεταξύ γνωστών μετρικών εκτίμησης ανομοιομορφίας και στη συνέχεια, αναπτύσσουμε τεχνικές δειγματοληψίας (τρεις γνωστές τεχνικές και τρεις προτεινόμενες) για τη δυναμική εκτίμηση αυτών των μετρικών. Με εκτεταμένα πειράματα αξιολογούμε συγκριτικά τους προτεινόμενους αλγορίθμους εκτίμησης και τις τρεις μετρικές και επιδεικνύουμε πώς αυτές οι μετρικές και ειδικά, ο συντελεστής του Gini, μπορούν να χρησιμοποιηθούν εύκολα και δυναμικά από υψηλότερου επιπέδου αλγορίθμους, οι οποίοι μπορούν τώρα να ξέρουν πότε να επέμβουν για να διορθώσουν τις άδικες κατανομές. Το τρίτο και τελευταίο ανοικτό πρόβλημα αφορά την εκτίμηση του μεγέθους αυτοσύνδεσης μιας σχέσης όπου οι πλειάδες της είναι κατανεμημένες σε κόμβους δεδομένων που αποτελούν ένα ομότιμο δίκτυο επικάλυψης. Το μέγεθος αυτοσύνδεσης έχει χρησιμοποιηθεί εκτεταμένα σε συγκεντρωτικές βάσεις δεδομένων για τη βελτιστοποίηση ερωτημάτων και υποστηρίζουμε ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε ένα πλήθος άλλων εφαρμογών, ειδικά στα ομότιμα δίκτυα (π.χ. συσταδοποίηση του Ιστού, αναζήτηση στον Ιστό, κ.λπ.). Η συνεισφορά μας περιλαμβάνει, αρχικά, τις προσαρμογές πέντε γνωστών συγκεντρωτικών τεχνικών εκτίμησης του μεγέθους αυτοσύνδεσης (συγκεκριμένα, σειριακή, ετεροδειγματοληπτική, προσαρμοστική και διεστιακή δειγματοληψία και δειγματοληψία με μέτρηση δείγματος) στο περιβάλλον ομοτίμων εταίρων και η ανάπτυξη μια πρωτότυπης τεχνικής εκτίμησης του μεγέθους αυτοσύνδεσης, βασισμένη στο συντελεστή του Gini. Με μαθηματική ανάλυση δείχνουμε ότι οι εκτιμήσεις του συντελεστή του Gini μπορούν να οδηγήσουν σε εκτιμήσεις των υποκείμενων κατανομών δεδομένων, όταν αυτά ακολουθούν το νόμο της δύναμης ή το νόμο του Zipf και αυτές, με τη σειρά τους, σε εκτιμήσεις του μεγέθους αυτοσύνδεσης των σχέσεων των δεδομένων. Μετά από αναλυτική πειραματική μελέτη και σύγκριση όλων των παραπάνω τεχνικών αποδεικνύουμε ότι η καινούργια τεχνική που προτείνουμε είναι πολύ αποτελεσματική ως προς την ακρίβεια, την πιστότητα και την απόδοση έναντι των άλλων πέντε μεθόδων. / The distributed, Internet-scale networks, and mainly, the peer-to-peer networks (p2p), that constitute their most representative example, recently attract a great interest from the researchers and the industry, due to their outstanding properties, such as full decentralization, autonomy of nodes, scalability, etc. Initially designed to support file sharing applications with simple lookup operations, they soon developed in a new model of distributed systems, with many and increasing possibilities for Internet applications, supporting complex applications of structured and semantically rich data. Our research to the area has two basic points of view: (a) complex query processing and (b) estimation of skewness in various distributions existing in these networks (e.g. load distribution, distribution of offer, or consumption of resources, data value distributions, etc), which, among others, it is an important tool to complex query processing support. Specifically, we deal with and solve three basic open problems. The first open problem is range query processing in p2p systems based on distributed hash tables (DHT), with simultaneous guarantees of access load balancing and fault tolerance. We propose an overlay DHT architecture, coined Saturn. Saturn uses a novel order-preserving hash function that places consecutive data values in successive nodes to provide efficient range query processing, and replication to guarantee access load balancing (vertical, load-driven replication) and fault tolerance (horizontal replication). With extensive experimentation, we evaluate and compare Saturn with two basic DHT networks (Chord and OP - Chord), and certify its superiority to cope with the three above requirements, but also its ability to tune the degree of replication to trade off replication costs for access load balancing. The second open problem that we face concerns the lack of appropriate metrics to express the degree of skewness of various distributions (for example, the fairness degree of load balancing) in p2p networks, and the inefficient and offline-only exploitation of metrics of skewness, which does not enable any cooperation with corrective algorithms (for example, load balancing algorithms). The problem is important because estimation of distribution fairness contributes to system scalability and efficiency. First, after a comprehensive study and evaluation of popular metrics of skewness, we propose three of them (the coefficient of Gini, the fairness index, and the coefficient of variation), and, then, we develop sampling techniques (three already known techniques, and three novel ones) to dynamically estimate these metrics. With extensive experimentation, which comparatively evaluates both the various proposed estimation algorithms and the three metrics we propose, we show how these three metrics, and especially, the coefficient of Gini, can be easily utilized online by higher-level algorithms, which can now know when to best intervene to correct unfairness. The third and last open problem concerns self-join size estimation of a relation whose tuples are distributed over data nodes which comprise an overlay network. Self-join size has been extensively used in centralized databases for query optimization purposes, and we support that it can also be used in various other applications, specifically in p2p networks (e.g. web clustering, web searching, etc). Our contribution first includes the adaptations of five well-known self-join size estimation, centralized techniques (specifically, sequential sampling, cross-sampling, adaptive and bifocal sampling, and sample-count) to the p2p environment and a novel estimation technique which is based on the Gini coefficient. With mathematical analysis we show that, the estimates of the Gini coefficient can lead to estimates of the degree of skewness of the underlying data distribution, when these follow the power, or Zipf’s law, and these estimates can lead to self-join size estimates of those data relations. With extensive experimental study and comparison of all above techniques, we prove that the proposed technique is very efficient in terms of accuracy, precision, and cost of estimation against the other five methods.

Η αυτόματη επεξεργασία εικόνων του ενδομητρίου αποτελεί ένα δύσκολο και πολυδιάστατο πρόβλημα, το οποίο έχει απασχολήσει πλήθος ερευνητών και για το οποίο έχει αναπτυχθεί μεγάλος αριθμός τεχνικών. Στην παρούσα διατριβή, παρουσιάζεται μια μεθοδολογική προσέγγιση, η οποία βασίζεται στη χρήση αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνων, για την αυτόματη εκτίμηση χαρακτηριστικών που περιγράφουν την αγγείωση και την υφή εικόνων του ενδομητρίου. Αφορμή της μελέτης αποτελεί ο ρόλος που διαπιστώνεται ότι διαδραματίζει η μεταβολή των τιμών των εν λόγω χαρακτηριστικών στην έγκαιρη διάγνωση των παθήσεων του ενδομητρίου. Στα πλαίσια της διατριβής, υλοποιήθηκε κατάλληλη μεθοδολογία για τον υπολογισμό ενός συνόλου χαρακτηριστικών τόσο για υστεροσκοπικές εικόνες, όσο και για ιστολογικές εικόνες του ενδομητρίου. Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε στην προ – επεξεργασία των εικόνων προκειμένου να προκύψει βελτίωση της ποιότητας καθώς και ενίσχυση της αντίθεσης αυτών. Στη συνέχεια, ανιχνεύτηκαν τα σημεία που αποτελούν τους κεντρικούς άξονες των υπό εξέταση αγγείων με χρήση διαφορικού λογισμού για τις υστεροσκοπικές εικόνες και υπολογίστηκε ένα σύνολο χαρακτηριστικών μεγεθών που περιγράφουν την αγγείωση και την υφή των εικόνων τόσο για τις υστεροσκοπικές όσο και για τις ιστολογικές εικόνες. Τέλος, εφαρμόστηκαν κατάλληλοι αλγόριθμοι με σκοπό την κατηγοριοποίηση των υστεροσκοπικών και των ιστολογικών εικόνων και συγκεκριμένα τον διαχωρισμό των παθολογικών και των φυσιολογικών εικόνων του ενδομητρίου. Παράλληλα, χρησιμοποιήθηκε η ROC ανάλυση στην απεικόνιση και ανάλυση της συμπεριφοράς των εν λόγω κατηγοριοποιητών. / Automatic analysis of the endometrial images is a difficult and multidimensional problem. For this reason, the number of papers and techniques regarding this issue is numerous. In this Thesis, a methodology is presented, based on advance image processing techniques in order to automatically estimate texture and vessel’s features in endometrial images. Motivation for the Thesis is the fact that the variation of the measurements of the specific features plays significant role in the seasonable diagnosis of endometrial disorders. Throughout this Thesis, an appropriate methodology is developed in order to estimate the features for the hysteroscopical and histological images of the endometrium. An important step is the pre – processing of the images in order to enhance the image quality and the image contrast. Then, the pixels that constitute the centerlines of vessels are detected by using differential calculus for the hysteroscopical images, only. Furthermore, the texture and vessel’s features in hysteroscopical and histological images are estimated. Finally, appropriate algorithms are applied in order to classify the hysteroscopical and histological images and distinguish pathological and normal endometrial images. ROC analysis is used in order to evaluate the discrimination power of the features that were estimated.