Η παρούσα εργασία εστιάζει στη μελέτη αισθητήρων με χρήση μικροδομημένων οπτικών ινών (ή οπτικών ίνών φωτονικών κρυστάλλων) με δύο πυρήνες, οι οποίοι αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Για την πληρότητα της μελέτης γίνεται αρχικά μια ανασκόπηση των βασικών χαρακτηριστικών των ινών φωτονικών κρυστάλλων όπως οι απώλειες, η διασπορά, και το φαινόμενο της περιοδικής μεταφοράς ενέργειας μεταξύ των πυρήνων σε μία διπύρηνη ίνα φωτονικών κρυστάλλων. Το τελευταίο αποτελεί βάση για τη λειτουργία της ίνας ως αισθητήρα. Στη συνέχεια, αναλύονται τα βασικά χαρακτηριστικά των αισθητήρων μικροδομημένων οπτικών ινών και μελετάται η ευαισθησία συναρτήσει του μήκος κύματος της διαδιδόμενης ακτινοβολίας και των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της ίνας. Πιο συγκεκριμένα, μελετάται η ευαισθησία για τρία μοντέλα ινών, με μία, δύο και τρεις οπές μεταξύ των πυρήνων τους. Ως υλικό γεμίσματος των οπών θεωρήθηκε το νερό, διότι είναι ένας από τους πιο κοινούς διαλύτες, κατάλληλος και για βιολογικά δείγματα. Για κάθε ένα από τα παραπάνω μοντέλα εξετάζεται η συμπεριφορά του αισθητήρα συναρτήσει του μήκους κύματος της διαδιδόμενης ακτινοβολίας. Ακολούθως, μελετάται η συμπεριφορά των αισθητήρων όταν υποβληθούν σε μεταβολή κλίμακας (scaling), δηλαδή όταν μεταβληθούν ταυτόχρονα όλες οι γεωμετρικές παράμετροι του αισθητήρα, κρατώντας σταθερές τις αναλογίες. Ο λόγος για τον οποίο γίνεται αυτό είναι διότι αυξάνοντας την διατομή της ίνας αυξάνει παράλληλα η διάμετρος των οπών με αποτέλεσμα να διευκολύνεται το γέμισμά τους με το υπό μελέτη υλικό. Όμως, καθώς αυξάνεται η διατομή της ίνας αυξάνει παράλληλα και η απόσταση μεταξύ των πυρήνων, μειώνοντας έως εξαλείφοντας την αλληλεπίδρασή τους. Για το λόγο αυτό παρουσιάζεται μια βελτιωμένη μορφή του αισθητήρα με κεντρικές οπές στους δύο πυρήνες, με σκοπό το άπλωμα των ρυθμών και κατά συνέπεια την αύξηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των πυρήνων. Κατ’ αυτόν τον τρόπο η μικροδομημένη ίνα μπορεί να λειτουργήσει ως αισθητήρας για σχετικά μεγάλες τιμές της μεγέθυνσης, κάτι που δεν είναι δυνατόν απουσία κεντρικών οπών. Τέλος, παρουσιάζονται αποτελέσματα και για ένα μοντέλο αισθητήρα συμβατικής οπτικής ίνας με δύο πυρήνες και κεντρικές οπές, το οποίο στηρίζεται στην ίδια αρχή λειτουργίας και παρουσιάζει παρόμοια συμπεριφορά με τις διπύρηνες μικροδομημένες ίνες. / This MSc thesis focuses on the study of sensors using microstructured optical fibers (or photonic crystal optical fibers) with two cores, which interact with each other. For the completeness of the study, first is attempted an overview of the basic characteristics of the photonic crystal fiber such as losses, dispersion and the effect of periodic transfer of energy among the cores in a dual core photonic crystal fiber. The latter forms the base for the operation of the fiber as sensing element. Then, the basic characteristics of the sensors using microstructured optical fibers are examined and the sensitivity is studied depending on the wavelength of the propagating radiation and on the geometric characteristics of the fiber. Specifically, the sensitivity of the sensor is studied for three fiber models with one, two and three holes between their cores. Water is assumed as filling material of the holes, since it is one of the most common dissolvers, also suitable for biological samples. For each model the behaviour of the sensor depending on the wavelength of the propagating radiation is studied. Afterwards, the behaviour of the sensor under scaling of the fiber dimensions is studied. In more detail all the geometrical parameters of the sensor are changed simultaneously and proportionally. From a practical point of view increasing the fiber dimensions facilitates the filling of the holes with the material under study. However, the distance between the cores is also increased, reducing or even eliminating their interaction. Therefore, an improved form of the sensor is presented. This form has central holes in the cores in order to extend the spatial overlap of the modes increasing the interaction between the cores. This way, the microstructured fiber can operate as a sensor even for relatively large scaling, which is not possible without central holes. Finally, a conventional model of ordinary dual core optical fiber sensor is studied, having central holes in both cores. It is based on the same principle of operation and has similar behaviour with the dual core microstructured optical fibers.

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας αυτής είναι μεσω του σχεδιασμού και της υλοποίησης της συνάρτησης κατακερματισμού Skein να κατανοηθούν σε βάθος οι αρχές της σχεδίασης κυκλωμάτων μεγάλης κλίμακας σε διαφορετικές πλατφόρμες υλικού. Στην ερχασία αυτή σχεδιάζονται και εξομοιώνονται η λειτουργία τεσσάρων κυκλωμάτων - υλοποιήσεων της συνάρτησης με διαφορετική σκόπευση η καθεμία και συγκρίνονται μεταξύ τους με βάση καλά ορισμένα κριτήρια και εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα. / -

Στην διπλωματική εργασία παρουσιάζεται μια νέα δομή δεδομένων ειδικά σχεδιασμένη για δίκτυα μεταφορών ευρείας κλίμακας τα οποία αλλάζουν δυναμικά. Η νέα δομή δεδομένων γραφημάτων μας παρέχει ταυτόχρονα τρία μοναδικά χαρακτηρισ τικά: 1. Σύμπτυξη(Compactness): ικανότητα να προσπελάσει αποδοτικά διαδοχικές κορυφές και ακμές, μια απαίτηση όλων των αλγορίθμων γραφημάτων). 2. Ευκινησία (Agility): ικανότητα να αλλάξει και να ρυθμίσει εξαρχής την εσωτερική της διάταξη με σκοπό να βελτιώσει την τοπικότητα των αναφορών των στοιχείων, σύμφωνα με έναν δεδομένο αλγόριθμο. 3. Δυναμικότητα (Dynamicity): ικανότητα να ενθέσει ή να διαγράψει αποδοτικά κορυφές και ακμές. Όλες οι προηγούμενες γνωστές δομές γραφημάτων δεν υποστήριζαν τουλάχιστον ένα από τα προηγούμενα χαρακτηριστικά ή/και δεν μπορούσαν να εφαρμοστούν σε δυναμικά δίκτυα μεταφορών ευρείας κλίμακας. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία, παρουσιάζεται η πρακτικότητα της νέας δομής γραφημάτων εκτελώντας μια εκτενή πειραματική μελέτη για δρομολόγηση συντομότερων διαδρομών σε Ευρωπαϊκά οδικά δίκτυα ευρείας κλίμακας με μερικές δεκάδες εκατομμύρια κορυφές και ακμές. Χρησιμοποιώντας κλασικούς αλγόριθμους εύρεσης συντομότερων διαδρομών, επιτυγχάνονται εύκολα χρόνοι ερωτημάτων από μια αρχική κορυφή σε μια τελική κορυφή της τάξης των milliseconds, ενώ η νέα δομή γραφημάτων μας μπορεί να ενημερωθεί σε μόλις μερικά microseconds μετά από μια ένθεση ή διαγραφή μιας κορυφής ή ακμής. / We present a new graph data structure specifically suited for large scale transportation networks in dynamic scenario. Our graph data structure provides tree unique characteristics, namely compactness, agility and dynamicity. All previous data structures were lacking support in at least one of the aforementioned characteristics. We demonstrate the practicality of the new graph data structure by conducting experiments on large scale European road networks, achieving query times of classical routing algorithms in the order of milliseconds and update times in the order of a few microseconds.

Η πιστοποίηση των ικανοτήτων που διαθέτουν οι πολίτες αποτελεί τη βάση πάνω στην οποία στηρίζεται η σύγχρονη κοινωνία για την προσαρμογή της στις έντονα μεταλλασσόμενες συνθήκες της αγοράς και της εργασίας. Στο πλαίσιο αυτό προκύπτει επιτακτικά η ανάγκη εφαρμογής μετρικών για την εκτίμηση της διάχυσης των ικανοτήτων σε μεγάλες ομάδες πληθυσμών. Πολλά εργαλεία διερεύνησης χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα και βασίζονται κυρίως στο χαρτί-μολύβι αλλά με την πάροδο του χρόνου όλο και ποιο έντονα επηρεάζονται από τη χρήση εργαλείων πληροφορικής τόσο για την ανάλυση όσο και για τη διάθεσή των διαγωνισμάτων (Chalhoub–Deville & Deville, 1999; Ripley, 2007; Gardner,, Holmes,, & Leitch,, 2009; OECD, 2010). Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά ενός αυτοματοποιημένου συστήματος εξέτασης που χρησιμοποιείται για την πιστοποίηση εκπαιδευτικών πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης στη βασική χρήση εργαλείων πληροφορικής και αξιολογείται η εφαρμογή του συστήματος στον ελλαδικό χώρο για μεγάλο χρονικό διάστημα (~10 έτη), σε μεγάλο δείγμα εκπαιδευτικών (~100.000) που καλύπτει με πληρότητα το φάσμα ειδικοτήτων (δάσκαλοι, φιλόλογοι, μαθηματικοί, φυσικοί κ.α) της πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης και τις γεωγραφικές περιοχές της Ελλάδος (αστικές και μη αστικές περιοχές, νησιωτική ελλάδα κλπ). Στο πλαίσιο της έρευνας προτείνεται ένα μοντέλο για τη σχεδίαση, οργάνωση και συντήρηση τράπεζας δοκιμασιών που υποστηρίζει την παραγωγή διαχρονικά ισοδύναμων ηδιαγωνισμάτων, παρουσιάζονται εργαλεία για την καταγραφή των επιμέρους ιδιοτήτων και την αξιολόγηση ενός συστήματος αυτοματοποιημένης εξέτασης, αξιοποιούνται ποσοτικές μέθοδοι ανάλυσης και τεκμηριώνεται κώδικας για την αποδοτική στατιστική ανάλυση μεγάλου πλήθους δεδομένων που αφορούν στις αποκρίσεις εξεταζόμενων σε διαδοχικά ηδιαγωνίσματα. / Certification of skills is the basis upon which modern society is organized in order to adapt to the highly changing market conditions and labor. Due to this context, the need for measures to estimate the diffusion of skills in large population groups is rised. Many measures are used in large scale assessment that are mainly based on paper-pencil. Over the time all these measures are strongly affected by the use of ICT tools for item analysis and for the test delivering as well.(Chalhoub–Deville & Deville, 1999; Ripley, 2007; Gardner,, Holmes,, & Leitch,, 2009; OECD, 2010). This Phd thesis presents the main features of a Computer Based Testing system used for the certification of teachers in primary and secondary education concerning the basic use of ICT tools. A detailed evaluation of the project has been taken place based on data concerning a long time (~ 10 years), large number of teachers (~ 100,000) with wide dispersion on cognitive objects (religious teachers, mathematicians, physicists, philogists etc.) and on geographic areas (urban and non-urban areas, insular Greece etc). The current research proposes a model for designing, organizing and maintaining an item bank in order to support the production of equivalent tests, a set of tools for estimating the properties of a Computer Based System system is presented, a number of statistical process algorithms is implemented and scripts for efficient statistical analysis of large amount of data is documented.

An important and challenging problem that Process Engineers frequently encounter is the determination of appropriate control structures that minimize the loss of process performance under the effect of uncertainties. This can be achieved by selecting subsets of controlled and manipulated variables and designing their interconnection (controller synthesis). This is known as the Control Structure Selection Problem (CSSP) In this Thesis, a systematic optimization methodology, based on the back-off concept proposed by Prof J. D. Perkins and co-workers, is presented for the CSSP. The proposed formulation offers the following improvements: a) improves the accuracy of calculations and b) reduces computational time and effort. Specifically, the error involved in the approximation of the nonlinear constraint that defines the magnitude of the back-off vector (needed for control structure selection) is reduced by the introduction of a more accurate linear approximation. In addition, the methodology is able to track the effect of simultaneously occurring disturbances at the same time and estimate their worst impact on process economics. The reduction of computational time is achieved by eliminating the state variables from the final formulation. In this way, the number of equations needed for the CSSP solution is significantly reduced and allows the algorithm to locate the solution faster without affecting the performance. The proposed methodology is firstly applied in a classical distillation column (medium scale) and in a complex and highly nonlinear reactive distillation column (large scale). The results obtained from these case studies made the way for the application of the methodology on the plantwide problem of the benchmark Vinyl Acetate monomer production plant in order to demonstrate the benefits of the proposed algorithm. / Η παρούσα εργασία παρουσιάζει μια συστηματική μεθοδολογία για την εύρεση βέλτιστων δομών ρύθμισης σε συστήματα μεγάλης κλίμακας, όπως για παράδειγμα ολοκληρωμένες μονάδες παραγωγής και βασίζεται στην ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων των διαταραχών στην οικονομική απόδοση μιας διεργασίας. Το κύριο στοιχείο της μεθοδολογίας είναι το διάνυσμα υποχώρησης από τους ενεργούς περιορισμούς (μ), το οποίο προτάθηκε από τον Prof. J.D. Perkins και την ερευνητική του ομάδα. Η προτεινόμενη μεθοδολογία ενσωματώνει τα κύρια χαρακτηριστικά της μεθοδολογίας του διανύσματος (μ) και παρουσιάζει μια σειρά βελτιώσεων με στόχο τον περιορισμό των μειονεκτημάτων που απέτρεπαν την εφαρμογή της σε συστήματα μεγάλης κλίμακας. Οι βελτιώσεις επικεντρώνονται σε δύο ζητήματα: α) αύξηση της ακρίβειας των υπολογισμών και β) μείωση του υπολογιστικού φόρτου και χρόνου. Η αύξηση της ακρίβειας των υπολογισμών εντοπίζεται στην κατασκευή ενός βελτιωμένου προσεγγιστικού προβλήματος για την κατασκευή κάτω φραγμάτων για τη βέλτιστη λύση. Η βασική ιδέα πίσω από τη προτεινόμενη βελτίωση βασίζεται στη προσέγγιση των μη γραμμικών όρων που εμφανίζονται με ένα σύνολο γραμμικών εξισώσεων. Επίσης για πιο ακριβείς υπολογισμούς, εξετάζεται κάθε διαταραχή ξεχωριστά σε ένα εύρος συχνοτήτων και στη συνέχεια η μέγιστη επίδραση της καθεμίας χρησιμοποιείται από τον αλγόριθμο έτσι ώστε να υπολογιστεί η μέγιστη δυνατή επίπτωση τους στην οικονομική απόδοση της διεργασίας Η μείωση του υπολογιστικού φόρτου και χρόνου επιτυγχάνεται μέσω της απαλοιφής των μεταβλητών κατάστασης. Με αυτό τον τρόπο, ο αριθμός των εξισώσεων που απαιτείται για την επίλυση του προβλήματος μειώνεται σημαντικά και εντοπίζει τη βέλτιστη λύση σε μικρότερο αριθμό επαναλήψεων της μεθόδου, γεγονός που επιτρέπει την εφαρμογή της σε προβλήματα μεγάλης κλίμακας. Τέλος, η προτεινόμενη μεθοδολογία έχει εφαρμοστεί σε δύο αποστακτικές στήλες και τα αποτελέσματα άνοιξαν το δρόμο για την εφαρμογή της μεθόδου σε μια μονάδα παραγωγής οξικού μεθυλεστέρα, όπου τα πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι περισσότερο ορατά και πρακτικά χρήσιμα.

Στην εργασία αυτή μελετώνται τεχνικές διόρθωσης λαθών BCH κωδικοποίησης και η υλοποίηση τους με αρχιτεκτονικές VLSI. Στην αρχή γίνεται μία εισαγωγή στα Συστήματα Ψηφιακής Επικοινωνίας. Αυτή ακολουθείται από μία περιγραφή των μαθηματικών θεωρημάτων και ορισμών που χρησιμοποιούνται για την Διόρθωση Λαθών. Επίσης, παρουσιάζονται οι βασικές Τεχνικές Κωδικοποίησης, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στην BCH Κωδικοποίηση. Στην συνέχεια παρουσιάζεται η πλατφόρμα εξομοίωσης στο MatLab, και οι συναρτήσεις που την υλοποιούν, για την μέτρηση BER διαφόρων BCH Κωδικών. Κάνοντας χρήση αυτής της πλατφόρμας γίνεται η σύγκριση μεταξύ non-binary και binary BCH Κωδίκων ίδιου code rate καθώς και non-binary BCH Κωδίκων διαφορετικών μηκών και code rate. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας, προτείνεται μία γενική αρχιτεκτονική ενός non-binary BCH αποκωδικοποιητή. Βάσει αυτής της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής περιγράφεται λεπτομερώς η υλοποίηση ενός αποκωδικοποιητή οκταδικού BCH Κώδικα μήκους 63 συμβόλων και διάστασης 48 συμβόλων με απόσταση σχεδίασης 4 συμβόλων. Τέλος, μετά την παρουσίαση των αποτελεσμάτων της υλοποίησης του συγκεκριμένου αποκωδικοποιητή σε FPGA πλατφόρμα ανάπτυξης, συνοψίζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παραπάνω διαδικασία. / This dissertation refers to BCH error correction coding techniques and their implementation with VLSI architectures. At first, an introduction in the Digital Communications Systems takes place. This is followed by a description of mathematical theorems and definitions used for the error correction coding. In addition, basic coding techniques are presented emphasising in BCH Codes. The dissertation continues with the presentation of the MatLab simulation platform, as well as the functions that implement this, for the BER measurement of various BCH codes. Using this platform, a comparison is made between non binary and binary BCH codes of the same code rate as well as non binary BCH codes of different lengths and code rates. In the last part, a general architecture of a non binary BCH decoder is proposed. According to this architecture, an implementation of an octal BCH 63 symbols length, 48 symbol dimension and 4 symbols design distance code decoder, is described in depth. Finally, after the presentation of the implementation results of the described decoder in FPGA board, the conclusions that came up from the above procedure, are summarised.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται και παρουσιάζεται μια μεγάλη βιομηχανική μονάδα παραγωγής κεραμιδιών. Ειδική μελέτη εκπονείται για το βιομηχανικό φούρνο μεγάλης κλίμακας, για τον οποίο παρουσιάζονται μαθηματικά μοντέλα που εξομοιώνουν τη λειτουργία του. Ολόκληρη η παραγωγική διαδικασία εξομοιώνεται σε ένα τρισδιάστατο μοντέλο σε περιβάλλον SIMIO. Στη συνέχεια μελετάται η συμπεριφορά του μοντέλου σε διάφορες καταστάσεις λειτουργίας, εξάγονται συμπεράσματα από αυτό και δίνονται παραδείγματα της χρηστικότητας της συγκεκριμένης εξομοίωσης για βελτίωση σε θέματα που αφορούν την οργάνωση της παραγωγής. / In the present thesis a large industrial plant of tiles production is being studied and presented. Special study is prepared for the industrial large scale oven for whom are presented mathematical models which simulate its operation. The entire production process is simulated in a three-dimensional model in the environment of SIMIO. Then we study the behavior of the model in different modes, draw conclusions from it, and give examples of the utility of this simulation for improvement in matters concerning the organization of production.

Ένα φαινόμενο που έκανε την εμφάνισή του τα τελευταία χρόνια είναι η μελέτη μεγάλων δικτύων που εμφανίζουν μια ιεραρχική δομή ανεξαρτήτως κλίμακας (large scale-free networks). Μια παραδοσιακή μέθοδος μοντελοποίησης δικτύων είναι η χρήση γραφημάτων και η χρησιμοποίηση αποτελεσμάτων που προκύπτουν από την Θεωρία Γράφων. Όμως στα κλασικά μοντέλα που έχουν μελετηθεί, δυο κόμβοι του ίδιου γραφήματος έχουν την ίδια πιθανότητα να συνδέονται με οποιουσδήποτε δυο άλλους κόμβους. Αυτός ο τρόπος μοντελοποίησης αποτυγχάνει να περιγράψει πολλά δίκτυα της καθημερινής ζωής, όπως δίκτυα γνωριμιών όπου οι κόμβοι συμβολίζουν ανθρώπους και συνδέονται μεταξύ τους αν γνωρίζονται άμεσα. Σε ένα τέτοιο δίκτυο είναι αναμενόμενο δυο φίλοι κάποιου ατόμου να έχουν μεγαλύτερη πιθανότητα να γνωρίζονται μεταξύ τους από ότι δυο τυχαία επιλεγμένοι ξένοι. Αυτό ακριβώς το φαινόμενο ονομάζεται συσσωμάτωση (clustering) και είναι χαρακτηριστικό για τα εν λόγω δίκτυα. Είναι γεγονός ότι πολλά δίκτυα που συναντώνται στη φύση αλλά και πάρα πολλά ανθρωπογενή δίκτυα εντάσσονται σε αυτήν την κατηγορία. Παραδείγματα τέτοιων είναι τα δίκτυα πρωτεϊνών, δίκτυα τροφικών αλυσίδων, επιδημικής διάδοσης ασθενειών, δίκτυα ηλεκτρικού ρεύματος, υπολογιστών, ιστοσελίδων του Παγκόσμιου Ιστού, δίκτυα γνωριμιών, επιστημονικών αναφορών (citations) κ.α. . Παρότι φαίνεται να άπτονται πολλών επιστημών όπως η Φυσική, η Βιολογία, η Κοινωνιολογία και η Πληροφορική, δεν έχουν τύχει ευρείας μελέτης, καθώς μέχρι στιγμής έλειπαν πραγματικά μεγάλα δίκτυα για πειραματική μελέτη (κενό που καλύφθηκε με την ανάπτυξη του Παγκόσμιου Ιστού). Μέχρι σήμερα δεν έχουν φωτιστεί όλα εκείνα τα σημεία και τα μεγέθη που είναι χαρακτηριστικά για αυτά τα δίκτυα και που πρέπει να εστιάσει η επιστημονική έρευνα, παρόλα αυτά έχει γίνει κάποια πρόοδος. Μια τέτοια έννοια που μπορεί να εκφραστεί με πολλά μεγέθη είναι η έννοια της κεντρικότητας (centrality) ενός κόμβου στο δίκτυο. Η χρησιμότητα ενός τέτοιου μεγέθους, αν μπορεί να οριστεί, είναι προφανής, για παράδειγμα στον τομέα της εσκεμμένης «επίθεσης» σε ένα τέτοιο δίκτυο (π.χ. δίκτυο υπολογιστών). Η ακριβής όμως συσχέτιση της κεντρικότητας με τα άλλα χαρακτηριστικά μεγέθη του δικτύου, όπως η συσσωμάτωση, δεν είναι γνωστή. Στόχος της εργασίας είναι να εμβαθύνει στην έννοια της κεντρικότητας, και χρησιμοποιεί σαν πεδίο πειραματισμών τον χώρο της εσκεμμένης επίθεσης σε ανεξάρτητα κλίμακας δίκτυα. Στο πλαίσιο αυτό γίνεται μια συνοπτική παρουσίαση των μοντέλων δικτύων που έχουν προταθεί μέχρι σήμερα και αναλύεται η έννοια της κεντρικότητας μέσω των παραδοσιακών ορισμών της από την επιστήμη της Κοινωνιολογίας. Στη συνέχεια προτείνεται μια σειρά ορισμών της κεντρικότητας που την συνδέουν με μεγέθη του δικτύου όπως ο συντελεστής συσσωμάτωσης. Η καταλληλότητα των ορισμών αυτών διαπιστώνεται στην πράξη, εξομοιώνοντας πειραματικά επιθέσεις σε ανεξάρτητα κλίμακας μεγάλα δίκτυα και χρησιμοποιώντας στρατηγικές επίθεσης που βασίζονται σε αυτές. / A trend in recent years is the study of large networks which possess a hierarchical structure independent of the current scale (large scale-free networks). A traditional method of network modelling is the use of graphs and the usage of results based on Graph Theory. Until recently, the classical models studied, describe the probability of two random vertices connecting with each other as equal for all pairs of vertices. This modelling fails to describe many everyday networks such as acquaintance networks, where the vertices are individuals and connect with an edge if they know each other

Οι ηλεκτρομηχανικές συσκευές αποθήκευσης δεδομένων πολύ μικρής κλίμακας που βασίζονται στη χρήση ακίδων (probes) αποτελούν ανερχόμενες εναλλακτικές επιλογές για τη βελτίωση της πυκνότητας αποθήκευσης, του χρόνου πρόσβασης των δεδομένων και της απαιτούμενης ισχύος σε σχέση με τις συμβατικές συσκευές αποθήκευσης. Μία υλοποίηση μιας τέτοιας συσκευής χρησιμοποιεί θερμομηχανικές μεθόδους για την αποθήκευση πληροφορίας σε λεπτές μεμβράνες πολυμερών υλικών. Στην περίπτωση αυτή, η ψηφιακή πληροφορία αποθηκεύεται με τη μορφή κοιλωμάτων πάνω στο πολυμερές υλικό, τα οποία δημιουργούνται από τις ακίδες, διαμέτρου μερικών nm. Με στόχο την αύξηση του ρυθμού εγγραφής και ανάγνωσης χρησιμοποιούνται δισδιάστατες διατάξεις από ακίδες που λειτουργούν παράλληλα, με κάθε ακίδα να εκτελεί λειτουργίες εγγραφής /ανάγνωσης /διαγραφής σε ξεχωριστό αποθηκευτικό πεδίο. Η μετατόπιση του αποθηκευτικού μέσου σε σχέση με τη διάταξη των ακίδων επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση ηλεκτρομηχανικού συστήματος μικρής κλίμακας (MEMS). Η διάταξη MEMS αποτελείται από ένα μικρής κλίμακας σύστημα σάρωσης (microscanner) και από το τσιπ της δισδιάστατης διάταξης των ακίδων. Το σύστημα σάρωσης έχει δυνατότητα κίνησης σε δύο διευθύνσεις (x/y). Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η μοντελοποίηση του συστήματος σάρωσης μικρής κλίμακας. Η μοντελοποίηση του συστήματος έγινε με βάση το σύστημα του απλού αρμονικού ταλαντωτή με απόσβεση. Στα πλαίσια της εργασίας μελετάται η απόκριση του συστήματος σε διάφορους τύπους διεγέρσεων, ενώ για την προσομοίωση της συμπεριφοράς του microscanner αναπτύχθηκε εφαρμογή στην γλώσσα προγραμματισμού Visual Basic. Η εφαρμογή περιλαμβάνει γραφικό περιβάλλον με δυνατότητα ρύθμισης των παραμέτρων εξομοίωσης. / Micro-electro-mechanical-system (MEMS)-based scanning-probe storage devices are emerging as potential ultra-high-density, low-access-time, and low-power alternatives to conventional data storage. One implementation of probe-based storage uses thermomechanical means to store and retrieve information in thin polymer films. Digital information is stored by making indentations on the thin polymer film with the tips of atomic force microscope (AFM) cantilevers, which are a few nanometers in diameter. To increase the data rate, an array of probes is used, in which each probe performs read/ write/ erase operations over an individual storage field. Displacement of the storage medium relative to the array of cantilevers is achieved by using micro-electro-mechanical-system (MEMS). The MEMS assembly consists of the microscanner and the cantilever array chip. The microscanner with x and y motion range carries the storage medium. This diploma dissertation presents the modeling of the microscanner. The system models as a damped harmonic oscillator. The model response on different driven forces has been studied, whereas an application in Visual Basic has been generated to simulate the system motion. The application comprises graphic interface with simulation parameters modulation.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και ο προσδιορισμός, θεωρητικός και πειραματικός, του συντελεστή Κ της Rician κατανομής σε ένα κανάλι στα 2.4 GHz. Η κατανομή Rice χρησιμοποιείται για την περιγραφή του πλάτους του λαμβανόμενου σήματος σε ένα κανάλι μετάδοσης με ισχυρή επίδραση οπτικής επαφής (Line-of-Sight) μεταξύ κεραίας πομπού και δέκτη. Ο συντελεστής Κ Rice εκφράζει τον λόγο της συνεισφοράς της ισχύος της απευθείας συνιστώσας του σήματος ως προς την συνολική λαμβανόμενη ισχύ λόγω φαινομένων διάχυσης. Χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό του καναλιού καθώς και τον υπολογισμό του BER (bit-error-ratio) και της πλέον σημαντικής παραμέτρου των τηλεπικοινωνιών SNR (Signal-to-Noise-Ratio), δηλαδή του λόγου σήματος προς θόρυβο. Στο 1ο κεφάλαιο αναλύονται και περιγράφονται μερικές από τις σημαντικότερες τεχνολογίες ασυρμάτων δικτύων, από την πρώτη στιγμή της εμφάνισής τους (δίκτυα 1ης και 2ης γενιάς) έως τα πιο σύγχρονα δίκτυα 3ης και 4ης γενιάς, και παρουσιάζονται οι ζώνες συχνοτήτων που καταλαμβάνουν αυτές οι τεχνολογίες στο διαθέσιμο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Στο 2ο κεφάλαιο μελετώνται οι 3 βασικότεροι μηχανισμοί διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος μέσα σε ένα ασύρματο κανάλι (ανάκλαση, περίθλαση, σκέδαση), περιγράφονται οι τύποι των απωλειών που υφίσταται ένα σήμα κατά την μετάδοση του και τα φαινόμενα των διαλείψεων, που παρατηρούνται πολύ έντονα σε ένα κινητό και μεταβαλλόμενο περιβάλλον διάδοσης. Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή του μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής μετάδοσης κατά Rice, δηλαδή όταν η απευθείας συνιστώσα του σήματος είναι η ισχυρότερη διαδρομή που ακολουθεί το εκπεμπόμενο σήμα κατά την πορεία του μέχρι τον δέκτη (LoS). Αναλύεται η σημαντικότερη παράμετρος αυτού του τύπου μετάδοσης, δηλαδή ο συντελεστής Κ, και παρουσιάζονται διάφορες μέθοδοι προσδιορισμού του τόσο θεωρητικά όσο και πειραματικά. Στο 4ο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραματικών μας μετρήσεων σε διάφορες τοπολογίες μετάδοσης με LoS για ένα δίκτυο Wi-Fi, δηλαδή για συχνότητα λειτουργίας στα 2.4 GHz. Για κάθε τοπολογία, περιγράφεται πλήρως το περιβάλλον μετάδοσης καθώς και ολόκληρη η διαδικασία εκπόνησης των μετρήσεων (μετρητικά όργανα, απαραίτητο λογισμικό, τυχόν προσεγγίσεις κτλ.). Τέλος, στο 5ο και τελευταίο κεφάλαιο, παρουσιάζεται μια μέθοδος υπολογισμού του συντελεστή Κ μέσω των μετρήσεων και με τη βοήθεια του μοντέλου ελευθέρου χώρου, που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των συνολικών απωλειών διαδρομής του σήματος. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών χρησιμοποιήθηκαν, με την βοήθεια του Matlab, για την κατασκευή της CDF των τιμών του Κ αλλά και της γραφικής παράστασης της μεταβολής του Κ συναρτήσει της απόστασης. Οι εμπειρικές CDF συγκριθήκαν και προσεγγιστήκαν με γνωστές θεωρητικές CDF, και η συνάρτηση της μεταβολής του Κ με την απόσταση προσεγγίστηκε με όρους Goodness of Fit με την βοήθεια της γενικής μορφής γνωστών συναρτήσεων. Κλείνοντας, στην τελευταία παράγραφο της εργασίας αφήνεται περιθώριο και δίνεται τροφή για μελλοντική εργασία πάνω στην μελέτη και τον προσδιορισμό του συντελεστή Κ της Rice τόσο για εσωτερικούς όσο και για εξωτερικούς χώρους. / The main purpose of this thesis, is the analysis and estimation , theoretical and empirical, of the Rician K factor for a wireless channel at 2.4 GHz. The Rician power density function is used to describe the amplitude of the received signal when there is a strong LOS component. The Rician K factor expresses the ratio of the power component due to LOS signal propagation and the received signal power due to diffuse components (reflection, scattering, diffraction etc.). It is commonly used for the channel's characterization and the estimation of BER (bit error rate) and SNR (signal to noise ratio), a very important parameter for telecommunications. In the 1st chapter, some of the most important wireless systems are described, since their very first appearance (1G & 2G networks) until the latest 3rd and 4rth generation systems. We also present the current frequency bands and how they are spread at the given electromagnetic spectrum. In the 2nd chapter, the 3 basic propagation mechanisms (reflection, scattering, diffraction) are studied. In addition, we describe all types of signal attenuation within a wireless channel and the fading phenomena that are so commonly seen in mobile and continuously changing propagation environments. In the 3rd chapter, the Rician model of electromagnetic propagation, where LOS is the strongest path of signal components, is analyzed. The most important parameter of this propagation type, the Rician K factor, is also studied. Therefore, various methods of theoretical and empirical estimation of the K factor are presented. In the 4rth chapter, we include the results of our measurements in various LOS propagation topologies for a Wi-Fi system at 2.4 GHz. For each measurement topology, the propagation environment as well as the entire measurement procedure, are thoroughly described. Lastly, in the 5th and final chapter, a K factor estimation method based on the empirical set of data and the Free Space Model, used for the average path loss calculation, is presented. The results of our measurements via the help of the Matlab software were used in order to plot the CDF of K values as well as the K values versus d (distance) curve. Using curve fitting methods, the empirical CDFs and plots were compared to theoretical ones in terms of Goodness of Fit. In the closing section, possible future research in the aforementioned fields is proposed.