Η ΕΕΕ αποτελείται από τέσσερα κεφάλαια και δύο παραρτήματα, ενώ για την καλύτερη κατανόηση και εξοικείωση του αναγνώστη με τις έννοιες και όρους που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία των κινητών επικοινωνιών παρατίθεται ένα σχετικό γλωσσάριο στο τέλος του κειμένου. Το πρώτο κεφάλαιο έχει τίτλο “εισαγωγή στα κυψελωτά συστήματα κινητής τηλεφωνίας” και αποτελεί ουσιαστικά μια εισαγωγή στις βασικές αρχές της κινητής κιυψελωτής τηλεφωνίας. Η εισαγωγή αυτή είναι απαραίτητη προκειμένου να γίνει ομαλά η μετάβαση σε σύνθετες έννοιες που διέπουν την λειτουργία των συστημάτων κινητής τηλεφωνίας. Το δεύτερο κεφάλαιο έχει τον τίτλο “το κανάλι μετάδοσης στις κινητές ραδιοεπικοινωνίες” και αναφέρεται στις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά που λαμβάνουν χώρα κατά την ασύρματη μετάδοση της πληροφορίας. Οι ιδιότητες των ηλ/κων κυμάτων, και της ατμόσφαιρας που αποτελεί το μέσο μετάδοσης στις ασύρματες επικοινωνίες καθώς και η μορφολογία του περιβάλλοντος ραδιομετάδοσης είναι μερικές από τις παραμέτρους που διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην ποιότητα των κινητών επικοινωνιών και για τον λόγο αυτό μελετώνται και εν συνεχεία μοντελοποιούνται προκειμένου να επιτύχουμε την μεγαλύτερη δυνατή απόδοση των συστημάτων αυτών. Το τρίτο κεφάλαιο είναι αφιερωμένο αποκλειστικά στο παγκόσμιο σύστημα κινητής τηλεφωνίας G.S.M. Ως γνωστόν, το G.S.M είναι το πιο διαδεδομένο σύστημα κινητών επικοινωνιών και ως εκ τούτου μία εργασία που αναφέρεται σε συστήματα κινητής τηλεφωνίας έχει ως σημείο αναφοράς το G.S.M. Το τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο της ΕΕΕ αναφέρεται στο καθολικό σύστημα κινητών επικοινωνιών UMTS. Το UMTS είναι το σύστημα κινητών επικοινωνιών 3ης γενιάς, το οποίο ουσιαστικά έκανε πραγματικότητα την πάγια απαίτηση από την πλευρά των χρηστών – συνδρομητών για επικοινωνία “οπουδήποτε, οποτεδήποτε, οτιδήποτε”. Η εργασία κλείνει με δύο παραρτήματα. Το παράρτημα Α αποτελεί μία εισαγωγική περιγραφή στο σύστημα σηματοδοσίας Νο 7. Στις περισσότερες περιπτώσεις ο χρήστης κινητής τηλεφωνίας αγνοεί την ύπαρξη του δικτύου σηματοδοσίας το οποίο ουσιαστικά αλλά αφανώς και αθόρυβα «τρέχει» παράλληλα με το δίκτυο μετάδοσης πληροφοριών. Δίνεται λοιπόν η ευκαιρία μέσα από το παράρτημα αυτό να γίνει γνωστή η ύπαρξη του δικτύου σηματοδοσίας Νο 7 (SS#7), όπου περιγράφονται τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του (διαστρωματωμένη αρχιτεκτονική, σημεία σηματοδοσίας κλπ.) ενώ γίνεται αναφορά στα είδη των μηνυμάτων σηματοδοσίας και στον τρόπο που ανταλλάσσονται τα μηνύματα αυτά μεταξύ των δομικών στοιχείων του δικτύου SS#7. Στο παράρτημα Β αναφέρονται κάποια βασικά στοιχεία από την «δημοφιλή» τεχνική κωδικοποίησης Linear Predictive Coding (LPC), η οποία στην Ελληνική αποδίδεται ως Γραμμική Προγνωστική Κωδικοποίηση. Η LPC είναι η τεχνική εκείνη που χρησιμοποιείται στο σύνολο σχεδόν των ψηφιακών συστημάτων επικοινωνίας, χάρη στις εγγενείς ιδιότητές της, και επομένως βρίσκει επίσης εφαρμογή και στο G.S.M, ως ένα κατεξοχήν ψηφιακό σύστημα κινητής τηλεφωνίας. Ωστόσο, η εφαρμογή της LPC δεν περιορίζεται μόνο στο G.S.M αλλά εκτείνεται μέχρι τα σημερινά συστήματα 3ης γενιάς. Τέλος, θα ήθελα να αναφέρω δύο λόγια για τις δυσκολίες που συνάντησα καθόλη την διάρκεια συγγραφής της εργασίας αυτής. Η ΕΕΕ, με την παρούσα μορφή, είναι το αποτέλεσμα μιας πολύμηνης προσπάθειας και συνεχούς μελέτης ενός ιδιαίτερα σύνθετου και πολυδιάστατου αντικειμένου έρευνας, όπως είναι τα συστήματα κινητής τηλεφωνίας. Παρά το γεγονός ότι η βιβλιογραφία υπήρξε επαρκής, οι έννοιες και οι τεχνικές δυσκολίες με τις οποίες ήρθα, πολλές φορές, αντιμέτωπος ήταν κάτι το πρωτόγνωρο, το οποίο αρκετές φορές μου έδινε την εντύπωση του ανυπέρβλητου. Θα ήθελα λοιπόν, να ζητήσω εκ των προτέρων την κατανόηση του αναγνώστη για οποιαδήποτε λάθη ή παραλείψεις οι οποίες φυσικά με βαρύνουν στο ακέραιο. / -

H υποστήριξη της τεχνολογίας των femtocells, σε περιβάλλον Long Term Evolution Advanced (LTE-A), δίνει ώθηση στο δυναμικό ερευνητικά πεδίο των ετερογενών δικτύων. Αν και προσφέρουν πολλαπλά πλεονεκτήματα, η συνύπαρξη ετερογενών σταθμών βάσεων δημιουργεί και μια σειρά τεχνικών προκλήσεων, με κυριότερη τη δημιουργία παρεμβολών που έχουν ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση των παρεχόμενων υπηρεσιών. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής παρουσιάζονται και αναλύονται μέθοδοι διαχείρισης ισχύος και κατανομής συχνοτήτων για την ακύρωση παρεμβολών, και αναπτύσσεται και προτείνεται ένα περιβάλλον προσομοίωσης ετερογενών LTE-A δικτύων. Ο προσομοιωτής επιτρέπει τη δημιουργία δισδιάστατης τοπολογίας με παράταξη femtocells πάνω από macrocell δίκτυο σε γραφικό περιβάλλον, την εξομοίωση των συνακόλουθων φαινομένων παρεμβολών και την πρόβλεψη και σύγκριση της απόδοσης του δικτύου μετά από την εφαρμογή διαφορετικών μοντέλων διαχείρισης ισχύος και σχημάτων κατανομής συχνοτήτων για την εξάλειψη των παρεμβολών. / Femtocells technology support, in Long Term Evolution Advanced (LTE-A) environments, promotes the dynamic research on the field of heterogeneous networks. While offering many advantages, the coexistence of heterogeneous base stations creates a number of technical challenges, the main of which is interference phenomena that lead to the degradation of service. In this work, we present and analyze methods of power management and frequency allocation for interference cancellation, and develop and propose a simulation environment for heterogeneous LTE-A networks. The simulator allows the creation of 2-D topologies with femtocells deployments over macrocell networks, the simulation of the resulting interference phenomena and the prediction and comparison of the network's performance after the application of different models of power management and frequency allocation schemes for interference cancellation.

Το αντικείμενο που πραγματεύεται είναι η χρήση τεχνικών και τεχνολογιών υπηρεσιοστραφούς αρχιτεκτονικής και σημασιολογικού ιστού περιλαμβάνοντας κανόνες σημασιολογίας και κατανεμημένου λογισμικού για την κάθετη ολοκλήρωση και ανάπτυξη προσβάσιμων επιχειρησιακών συστημάτων. Επομένως, η παρούσα διατριβή εστιάζει αφενός με την ολοκλήρωση ετερογενών συστημάτων μέσω της χρήσης μεθόδων και τεχνικών σημασιολογικής ολοκλήρωσης και υπηρεσιοστραφούς αρχιτεκτονικής και αφετέρου με την εισαγωγή μιας πρωτότυπης μεθοδολογίας για την ολοκλήρωση προτύπων και τεχνικών προσβασιμότητας προκειμένου να παραχθούν προσβάσιμα διαδικτυακά συστήματα για άτομα με κάθε μορφής αναπηρία. Μέρος της διατριβής αυτή έγινε στα πλαίσια του FP7 Ερευνητικού Προγράμματος με τίτλο ‘Accessibility Assessment Simulation Environment for New Applications Design and Development (ACCESSIBLE) καθώς και στα πλαίσια σχετικών συμβάσεων με την Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Αχαΐας. / This Phd Thesis presents the usage of Service Oriented Technologies and techniques for the development of an hybrid top-down integrated framework that can be utilized for the integration of heterogeneous systems and the introduction of accessibility features. Taking into account the requirements of the successful deployment of semantic Web technologies regarding off-the-shelf and easy to use semantic SWRL and SPARQL rules and querry tools, the proposed muti-dimensional Framework should be capable of meeting the demands of different users. With the presented Framework, which allows for the selection of suitable matching approaches between well known tools and methodologies, we intend to contribute to the tackling of real world challenges and scenarios, with the aim of ensuring seamless interoperability and integration of different systems. Furthermore, the presented framework facilitates, for the first time, the development of an innovative methodology for the integration of international standards and appropriate techniques, in order to create accessible Web applications and systems. This thesis was partially supported by the European FP7 Research project ACCESSIBLE - Accessibility Assessment Simulation Environment for New Applications Design and Development as well as different contracts with prefecture of Achaia.

Τα δίκτυα αισθητήρων είναι μια εξειδικευμένη κατηγορία κατανεμημένων δικτύων, η οποία τα τελευταία χρόνια έχει συγκεντρώσει το ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας, λόγω του ευρύτατου πεδίου εφαρμογών της. Τα δίκτυα αυτά αποτελούνται από συσκευές που διαθέτουν αισθητήρες (sensors) και ενδεχομένως μηχανισμούς δράσης (actuators) και είναι διασκορπισμένες στο χώρο, με δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ τους και επεξεργασίας σε ένα βαθμό της πληροφορίας που διακινούν στο δίκτυο. Στόχος των δικτύων αυτών είναι η παρακολούθηση της εξέλιξης ενός φαινόμενου, ή η ανίχνευση περιβαλλοντικών συνθηκών και η αποστολή των δεδομένων που συλλέγονται σε έναν κεντρικό κόμβο, το κέντρο ελέγχου. Οι δυνατότητες των συσκευών είναι κατά κανόνα περιορισμένες, λόγω του μικρού μεγέθους τους, του χαμηλού κόστους τους και ενίοτε του αναλώσιμου ρόλου τους. Οι εφαρμογές των δικτύων αυτών ποικίλουν, από εφαρμογές στην επιστήμη γεωργίας ακριβείας, στην πυρανίχνευση και την παρακολούθηση συνθηκών περιβάλλοντος σε κτιριακές εγκαταστάσεις, μέχρι εφαρμογές ανίχνευσης κίνησης των εχθρικών μονάδων σε πεδίο μάχης, ή παρακολούθησης φαινόμενου που εξελίσσεται σε δυσπρόσιτη περιοχή. Μερικές από τις βασικές προκλήσεις που προκύπτουν σε αυτά τα δίκτυα, λόγω της φύσης τους, είναι η βέλτιστη διαχείριση των ενεργειακών πόρων κάθε κόμβου, η αποδοτική συνδυαστική επεξεργασία των διακινούμενων μηνυμάτων και η αξιόπιστη δρομολόγηση της πληροφορίας που συλλέγεται προς το κέντρο ελέγχου, καθώς και η δυναμική και αυτόνομη οργάνωση του δικτύου. Η εξέλιξη των δικτύων αισθητήρων σε συνδυασμό με την επιθυμία υλοποίησης περίπλοκων και περισσότερο ολοκληρωμένων εφαρμογών, οδήγησε σε δίκτυα που περιέχουν ετερογενείς κόμβους, όπως για παράδειγμα κόμβους με διαφορετική αρχιτεκτονική, διαφορετικούς αισθητήρες, με διαφορετικές επεξεργαστικές και επικοινωνιακές ικανότητες ή και κόμβους με δυνατότητες κίνησης ή επιτέλεσης εργασιών (actuators) σε απόκριση εντολών που λαμβάνουν από το κέντρο ελέγχου. Επιπρόσθετα, σε πολλές εφαρμογές διαφαίνεται η ανάγκη για διασύνδεση πολλαπλών δικτύων αισθητήρων και διάδοση της πληροφορίας που συλλέγουν μέσω του διαδικτύου προς απομακρυσμένους εξυπηρετητές με αυξημένες επεξεργαστικές ικανότητες, προς βάσεις δεδομένων, συσκευές pda ή κινητά τηλέφωνα, σταθμούς εργασίας τελικών χρηστών και άλλες συσκευές. Δημιουργείται με αυτόν τον τρόπο ένα ευρύτερο ετερογενές δίκτυο επικάλυψης (overlay sensor network), η διαχείριση και αποδοτική χρήση του οποίου απαιτεί νέες αρχιτεκτονικές οργάνωσης των επιμέρους δικτύων, προσαρμοσμένα πρωτόκολλα διάδοσης πληροφορίας και πλατφόρμες που διευκολύνουν τον προγραμματισμό των δικτύων αυτών. Για το λόγο αυτό η επιστημονική κοινότητα επικεντρώνει το ενδιαφέρον της στο σχεδιασμό ειδικών περιβαλλόντων λογισμικού που μεσολαβούν ανάμεσα στον προγραμματιστή εφαρμογών και τα ετερογενή δίκτυα αισθητήρων, τα οποία ανήκουν στην κατηγορία των middleware. Τα περιβάλλοντα αυτά αναλαμβάνουν να διαχειριστούν θέματα χαμηλού επιπέδου ή και ανώτερων επιπέδων στα δίκτυα αισθητήρων, που δεν θα έπρεπε να απασχολούν τον προγραμματιστή κάθε φορά που επιθυμεί να υλοποιήσει μια εφαρμογή. Απώτερος σκοπός είναι να παρέχουν υπηρεσίες υψηλού επιπέδου και ομοιογενείς λογικές αφαιρέσεις πάνω στα ετερογενή δίκτυα, ενώ είναι επιθυμητή η αποδοτική λειτουργία τους σε παγκόσμια κλίμακα όπου πολλά γεωγραφικά διάσπαρτα δίκτυα συνεργάζονται για να παρέχουν τις υπηρεσίες τους με οργανωμένο και καλά ορισμένο τρόπο. Η δική μας συνεισφορά στην έρευνα του πεδίου αυτού, έγκειται πρώτα στη μελέτη ήδη διαθέσιμων προτάσεων middleware για τον προγραμματισμό και τη διασύνδεση πολλαπλών και ετερογενών δικτύων αισθητήρων, με σκοπό τον εντοπισμό των θεμάτων και προβλημάτων που αντιμετώπισαν κατά το σχεδιασμό τους, την ανάλυση της αρχιτεκτονικής τους και την αξιολόγηση της απόδοσής τους. Επιθυμώντας να δώσουμε τη δική μας πρόταση στο πεδίο των middleware για δίκτυα αισθητήρων και αξιοποιώντας τα συμπεράσματά μας από την μελέτη των άλλων προτάσεων, σχεδιάσαμε και υλοποιήσαμε το middleware σύστημα ShareSense II. Το σύστημα ShareSense II προέρχεται από τον επανασχεδιασμό τού αρχικού και απλούστερου ShareSense και ενσωματώνει το middleware jWebDust επεκτείνοντας κατά ένα τρόπο την αρχιτεκτονική του, ώστε να υποστηρίζει δίκτυα επικάλυψης (overlay sensor networks) μεγάλης κλίμακας. Η πλατφόρμα του ShareSense II σχεδιάστηκε για να παρέχει λογική αφαίρεση των δικτύων αισθητήρων, ώστε ο προγραμματιστής να μπορεί εύκολα να ρυθμίσει τις υπηρεσίες που παρέχει ένα δίκτυο επικάλυψης, να διαχειρίζεται τις λειτουργίες των επιμέρους δικτύων, να μπορεί να προγραμματίσει δυναμικά τη συμπεριφορά τους και να καθορίσει τον τρόπο παρουσίασης της χρήσιμης πληροφορίας που αποκομίζει από αυτά, στον τελικό χρήστη. Βασιζόμενοι στην ευέλικτη υποδομή των peer-to-peer δικτύων, προτείνουμε μια λύση για τη διασύνδεση πολλαπλών ετερογενών δικτύων αισθητήρων με συσκευές και σταθμούς εργασίας πάνω από το διαδίκτυο. Δώσαμε έμφαση στην επεκτασιμότητα της αρχιτεκτονικής ως προς τις υποστηριζόμενες υπηρεσίες και τύπους δικτύων, την αξιοποίηση και τη συνεργασία με υπάρχοντα middleware που διαχειρίζονται κάποια επιμέρους δίκτυα και την παροχή χρήσιμων διεπαφών για την εύκολη υλοποίηση πρακτικών εφαρμογών. Υλοποιήσαμε, τέλος, μια εφαρμογή η οποία στηρίζεται στην πλατφόρμα του ShareSense II για να τεκμηριώσουμε την επάρκεια της αρχιτεκτονικής του συστήματός μας και να εντοπίσουμε τα σημεία όπου απαιτείται βελτίωσή της. Η εφαρμογή χρησιμοποιεί το περιβάλλον του Google Earth για την παρακολούθηση των επιμέρους δικτύων που συμμετέχουν στο σύστημα, επιτρέποντας παράλληλα τη δυναμική υποβολή ερωτημάτων και την αντιστοίχιση των δικτύων σε τρισδιάστατα μοντέλα κτιρίων και άλλων περιοχών, ώστε να είναι άμεση και εύληπτη η παρουσίαση της πληροφορίας στον τελικό χρήστη. / Sensor networks are a special case of distributed networks, which in the recent years have become increasingly interesting to the scientific community, due to their wide range of applications. These networks are comprised of devices that have sensors attached to them and possibly even actuators, and are scattered in a field, being able to comminucate with each other and process -to a certain degree- information that they forward in the network. Among the goals of these networks are the monitoring of physical phenomena, the detection of special events or conditions and consequently the communication of the acquired information towards a control center. These devices usually have strict constraints on their capabilities due to their small size, their low production cost and quite often their expendable role. The applications of these networks vary, from applications in the precision agriculture field, fire detection and monitoring environmental conditions in buildings and offices, to applications for the detection of enemy units' movements in the battlefield or observing a physical phenomenon in a inaccessible location. Some of the important challeges that emerge for these networks are the optimal management of the power resources of each node, the efficient aggregation of the in-network messages and the reliable routing of information acquired towards the control center, as well as the autonomous and adaptive network operation. The evolution in the sensor netorks research in combination with the desire to implement even more sophisticated applications, has led to highly heterogeneous networks, where nodes belong to different architectures, they use various sensor models, and they have different processing and communicating capabilities. Additionally, in many applications there is the need to interconnect multiple sensor networks and to distribute the information collected locally towards remote servers, databases, pda devices or cell phones, workstations and other end user devices. Thus, a new type of networks, the overlay networks, emerges. The administration and effecient usage of these networks require new management architectures for the local networs, adaptive protocols for the distribution of information and new software platforms that simplify application programming. Following these developments, the scientific community has focused in designing middleware software for the sensor networks. Such software have the role of managing low level or intermediate level issues, that should not burden a programmer every time s/he needs to design and implement a new application. The main goal of middleware is to provide high level services and unified logical abstractions over heterogeneous sensor networks, and to perform well in a global scale where multiple geographically disparate networks cooperate to provide services in an organized and well defined manner. Our contribution to this field, is foremost to study the state of the art middleware projects for overlay sensor networks, in an effort to understand the issues and problems that were faced during their design, to analyze their architecure and evaluate their performance. We have used the results of this study to design and implement a new middleware architecture, which we have named ShareSense II. Our middleware comes from the redesign and expansion of its simpler predecessor, the original ShareSense middleware, and also integrates the jwebdust middleware, bringing the services of that middleware to the large scal overlay networks. The ShareSense II platfrom was designed to provide logical abstractions for sensor networks, so that the programmer is able to tweak their services, maange the resources of the local networks and build flexible applications. For our overlay netowrk we have embedded an efficient peer-to-peer infrastructure that performs well in networks with frequent and temporary node disconnections and large scale applications. Finally, we implemented an application that uses the ShareSense II middleware, in order to show the benefits of our design and also locate the parts of the architecture that need further optimization. Our application uses the Google Earth software to monitor geographically disparate networks that participate in ShareSense II, allowing the online issuing of queries, as well as matching 3d models of buildings (and other areas) to local networks, in order to display information to the end user in an interesting and exciting way.

Ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων αποτελείται από χωρικά κατανεμημένες αυτόνομες συσκευές, οι οποίες χρησιμοποιούν αισθητήρες για την συνεργατική παρακολούθηση φυσικών και περιβαλλοντικών συνθηκών. Ένας κόμβος ενός δικτύου αισθητήρων συνήθως αποτελείται από ένα μικροελεγκτή, ένα ραδιο-πομποδέκτη, μια πηγή ενέργειας, η οποία συχνά είναι μια μπαταρία και διαφόρων ειδών αισθητήρες (π.χ. θερμοκρασίας, υγρασίας, φωτεινότητας). Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων προσφέρουν οικονομικά βιώσιμες λύσεις σε ποικίλες εφαρμογές. Δίκτυα τέτοιου τύπου δραστηριοποιούνται σε βιοιατρικές, στρατιωτικές, βιομηχανικές εφαρμογές καθώς και εφαρμογές παρακολούθησης του φυσικού περιβάλλοντος. Επιπλέον, τα δίκτυα αισθητήρων είναι κλειδί για τη δημιουργία έξυπνων χώρων που ενθέτουν τεχνολογία πληροφορίας στα καθημερινά περιβάλλοντα εργασίας και κατοικίας. Λόγω της χρήσης τέτοιων δικτύων σε περιβάλλοντα που ανταλλάσσονται ευαίσθητες πληροφορίες, δημιουργούνται θέματα ασφάλειας και μυστικότητας. Χαρακτηριστικά των διαφόρων εφαρμογών όπως η λειτουργία σε αντίξοα περιβάλλοντα, η ελλιπής γνώση της τοπολογίας του δικτύου, οι δυνατότητες αυτο-οργάνωσης και αυτόματης διόρθωσης λειτουργιών και η λειτουργία χωρίς ανθρώπινη επιτήρηση καθιστούν τη διατήρηση της ασφάλειας μια μεγάλη πρόκληση. Ένας κλάδος που παρέχει λύσεις σε προβλήματα ασφαλείας είναι αυτός της κρυπτογραφίας. Η κρυπτογραφία είναι μια καλά εδραιωμένη επιστημονική περιοχή, με πρωτόκολλα και πρότυπα τα οποία τυγχάνουν ευρείας αναγνώρισης. Παρόλα αυτά, η χρήση τους σε περιβάλλοντα περιορισμένων πόρων όπως αυτά των ασυρμάτων δικτύων αισθητήρων, απαιτεί προσαρμογές. Η απαίτηση αυτή προκύπτει λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των δικτύων αυτών και των κόμβων που τα απαρτίζουν όπως η χαμηλή υπολογιστική ισχύς, οι περιορισμένες δυνατότητες αποθήκευσης και η περιορισμένη διαθέσιμη ενέργεια καθώς και η επικοινωνία ασύρματης φύσης που υιοθετείται. Ένα επιπλέον πρόβλημα που παρουσιάζεται στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, είναι η ετερογένεια. Οι συσκευές αισθητήρων που παράγονται από τη βιομηχανία σήμερα, έχουν διαφορετικές υπολογιστικές δυνατότητες και εκτελούν διαφορετικά λειτουργικά συστήματα. Κάποιες αποτελούνται από μικροεπεξεργαστές 8-bit και έχουν ελάχιστη ποσότητα μνήμης RAM, ενώ άλλες έχουν πολύ μεγάλη υπολογιστική δύναμη και μπορούν να εκτελέσουν desktop λειτουργικά συστήματα όπως Linux. Έτσι, ενώ είναι σχετικά εύκολο να αναπτύξει κανείς μια εφαρμογή για μια συγκεκριμένη πλατφόρμα, είναι πολύ δύσκολο να γράψει γενικό κώδικα ανεξάρτητο της πλατφόρμας μεταγλώτισσης. Έτσι, υπάρχοντες υλοποιημένοι αλγόριθμοι και εφαρμογές πρέπει να τροποποιούνται κατάλληλα για να μπορούν να προσαρμοστούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα ανάπτυξης. Μια απάντηση στο παραπάνω πρόβλημα δίνει η βιβλιοθήκη Wiselib η οποία προσφέρει ένα προγραμματιστικό περιβάλλον για την ανάπτυξη γενικών αλγορίθμων που έχουν ως στόχο την εκτέλεσή τους σε ετερογενή δίκτυα αισθητήρων. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να προσφέρει λύσεις στα δύο προαναφερθέντα προβλήματα, ανάπτυσσοντας κρυπτογραφικούς αλγόριθμους για ετερογενή ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού, αναπτύσουμε μια κρυπτογραφική βιβλιοθήκη στο προγραμματιστικό περιβάλλον της Wiselib, μιας γενικής βιβλιοθήκης αλγορίθμων για ετερογενή δίκτυα αισθητήρων. Η Wiselib είναι υλοποιημένη σε C++ και με χρήση τεχνικών όπως τα πρότυπα και οι inline συναρτήσεις, επιτρέπει τη συγγραφή γενικού κώδικα ο οποίος αναλύεται και δεσμεύεται κατά τη διαδικασία μεταγλώττισσης χωρίς να δημιουργείται πλεονασμός μνήμης ή υπολογισμού. Λόγω των απαιτήσεων ασφαλείας που δημιουργούνται από τις εφαρμογές δικτύων αισθητήρων καθώς και των περιορισμένων υπολογιστικών πόρων, η κρυπτογραφική μας βιβλιοθήκη παρέχει αλγορίθμους τόσο συμμετρικής όσο και ασυμμετρικής κρυπτογραφίας. Οι αλγόριθμοι ασυμμετρικής κρυπτογραφίας βασίζονται στην κρυπτογραφία ελλειπτικών καμπυλών. Οι ελλειπτικές καμπύλες αποτελούν ένα ιδανικό σύστημα για ανάπτυξη κρυπτογραφίας δημοσίου κλειδιού σε ενσωματωμένα περιβάλλοντα τα οποία υστερούν σε επεξεργαστική ισχύ, μνήμη και ενέργεια. Αυτό ισχύει διότι τα συστήματα ελλειπτικών καμπυλών προσφέρουν το ίδιο επίπεδο ασφάλειας με άλλα κρυπτοσυστήματα (π.χ. RSA) με χρήση πολύ μικρότερου μεγέθους κλειδιών. Έτσι, συνολικά η βιβλιοθήκη μας παρέχει τους εξής αλγορίθμους: τον αλγόριθμο συμμετρικής κρυπτογράφησης AES, τον αλγόριθμο κατακερματισμού SHA-1, το σχήμα συμφωνίας κλειδιών Diffie Hellman (ECDH), τον αλγόριθμο ασυμμετρικής κρυπτογράφησης ECIES και το σχήμα ψηφιακής υπογραφής ECDSA. Για την ανάλυση της απόδοσης της κρυπτογραφικής μας βιβλιοθήκης γίνεται πειραματική αξιολόγηση (χρόνος εκτέλεσης, ενέργεια,μέγεθος μεταφρασμένου κώδικα) των παραπάνω αλγορίθμων σε δύο συσκευές ( iSense, TelosB) με διαφορετικές επεξεργαστικές δυνατότητες (16 MHz, 8 MHz) που τρέχουν διαφορετικά λειτουργικά συστήματα (iSense OS, Contiki Sky). Το γεγονός ότι αξιολογήσαμε τους κρυπτογραφικούς αλγορίθμους σε δύο συσκευές διαφορετικών δυνατοτήτων και περιβαλλόντων ανάπτυξης, αποδεικνύει τη γενικότητα της υλοποίησης μας.Τέλος, για να αποδείξουμε την ευκολία χρήσης των υλοποιημένων αλγορίθμων παρουσιάζουμε τρεις εφαρμογές δικτύων αισθητήρων που τους χρησιμοποιούνε. Πιο συγκεκριμένα, επιδεικνύουμε πως οι κρυπτογραφικοί αλγόριθμοι μπορούν να συνδυαστούν με αλγορίθμους δρομολόγησης και ομαδοποίησης που παρέχει η βιβλιοθήκη Wiselib, με αποτέλεσμα να δημιουργηθούν ασφαλείς εφαρμογές δικτύων αισθητήρων. / A wireless sensor network consists of spatially distributed autonomous devices, that use sensors in order to cooperatively monitor natural and environmental conditions. A wireless sensor network node typically consists of a micro-processor, a radio transceiver, an energy source (usually a battery) and various kinds of sensors that measure different environmental conditions (e.g. temperature, humidity, lightness). Wireless sensor networks are economically viable solutions to various applications. Networks of this type are used in biomedical, military, industrial as well as in applications that monitor the natural environment. Moreover, sensor networks are a key for the creation of smart spaces that introduce information technology in everyday environments like those of home and work. Because sensor networks are typically deployed in environments where sensitive information is communicated, security and privacy issues arise. Application characteristics like deployment in adverse environments, the incomplete knowledge of the network topology, the possibility of self-organization and the operation without human surveillance make the maintenance of security a big challenge. Cryptography is a science field that provides solutions to security problems. Cryptography is a well established science field that has provided protocols and standards of wide acceptance. However, the use of such protocols and standards in resource constrained environments, like those of sensor networks, requires changes and adaptations. This applies due to the special characteristics of such networks and the devices that consist them, e.g. the restricted processing power, the limited storage possibility and energy as well as the wireless nature of communication. A second problem that arises in wireless sensor networks is that of heterogeneity. The nodes produced by the industry today have different processing possibilities and execute various operating systems. Some nodes consist of 8-bit micro-processors that offer tiny amounts of RAM memory, whereas others are produced with 32-bit processors that can even execute desktop operating systems like Linux. Thus, while it is easy for a developer to implement a platform specific application, it is quite difficult to write some generic platform independent code. In order to re-use implemented applications and algorithms in different development environments a programmer has to make adaptations and changes according to the new platform specifications. A solution to this problem is provided by Wiselib. Wiselib offers an development environment suitable for the implementation of generic algorithms that can be compiled and executed on heterogenous wireless sensor networks. The objective of this work is to provide solutions to the aforementioned sensor network problems (security, heterogeneity). For this reason, we develop a cryptographic library on the generic program environment of Wiselib, a generic algorithm library for heterogenous sensor networks. Wiselib is implemented in C++ and employing advanced techniques, like templates and inline functions, it allows writing of generic code that can be allocated and resolved during compilation without producing computation or memory overhead. Due to the security requirements imposed by the sensor network applications and the resource restrictions by the sensor nodes, our cryptographic library provides symmetric as well as asymmetric cryptographic algorithms. The public key algorithms are based on elliptic curve cryptography. Elliptic curves consist an ideal system for the development of public key cryptography in resource constrained environments that offer restricted computation power, memory and energy. That is because elliptic curve cryptosystems offer the same level of security with other public key cryptosystems (e.g. RSA), using much smaller key sizes. Thus, in total our cryptographic library provides the following algorithms: the symmetric encryption algorithm AES, the hash algorithm SHA-1, the key agreement scheme Diffie Hellman (ECDH), the public key encryption algorithm ECIES and the signature scheme ECDSA. In order to evaluate the performance of our cryptographic library we experimentally test (in terms of execution time, compiled code size, energy consumption) its algorithms on two devices (iSense, TelosB) with different processing possibilities (16 MHz, 8 MHz) that execute different operating systems (iSense OS, Contiki Sky). The fact that we evaluated the cryptographic algorithms on two different devices with unlike capabilities and that execute different operating systems proves that our implementation is generic. Finally, in order to prove the ease of use of the implemented cryptographic algorithms we present three sensor network applications that employ them. More precisely, we show how our cryptographic algorithms can be combined with routing and clustering algorithms (provided by Wiselib), resulting in secure sensor network applications.