Η ύπαρξη Διαδικτύου παρέχει την δυνατότητα μεταφοράς δομημένης πληροφορίας, μέσω πολλών διαφορετικών εφαρμογών. Μια από τις πλέον χρησιμοποιούμενες εφαρμογές αποτελεί το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, το οποίο υπάρχει από την αρχή κιόλας του Διαδικτύου. Τα τελευταία χρόνια έχει κάνει την εμφάνιση της μια νέα σημαντική εφαρμογή η τηλεϊατρική, η οποία περιλαμβάνει μηχανισμούς παρόμοιους με το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται τα πρωτόκολλα μορφοποίησης μηνυμάτων Διαδικτύου RFC 822, RFC 2822, RFC 2045 της κατηγορίας MIME καθώς και το RFC 2231. Αποτελούν κάποια από τα βασικότερα πρωτόκολλα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου και κατ’επέκταση την βάση για την ανάπτυξη της τηλειατρικής. Ταυτόχρονα γίνεται μια εκτενής αναφορά στα βασικότερα πρωτόκολλα καθορισμού δομής μορφότυπων που χρησιμοποιούνται στην ιατρική πληροφορική. Πιο συγκεκριμένα στο κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται το πρωτόκολλο RFC 822 το οποίο καθορίζει το μορφότυπο και τη σημασιολογία των περιεχόμενων του μηνύματος ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Το συγκεκριμένο πρότυπο ενώ είναι ικανοποιητικό για αποστολή μηνυμάτων κειμένου ASCII δεν είναι επαρκές για μεταφορά μορφών κειμένου μη –ASCII. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται εκτενής αναφορά στο πρωτόκολλο RFC 2822, το οποίο αποτελεί μια πιο ενημερωμένη έκδοση του RFC 822 ώστε να απεικονίζει την τρέχουσα πρακτική. Καθορίζει αυστηρά την δομή περιεχομένων μηνυμάτων κειμένου ASCII, ενώ ταυτόχρονα δεν λαμβάνει κανένα μέτρο για αποστολή μηνυμάτων πολυμέσων. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται το RFC 2045 της κατηγορίας MIME, το οποίο είναι μια ανεξάρτητη προδιαγραφή που απλά συμπληρώνει το RFC 822. Το πρωτόκολλο αυτό ορίζει τις απαραίτητες πρόσθετες κεφαλίδες στο μήνυμα, ώστε να μπορέσει να σταλεί περιεχόμενο διαφορετικό από κείμενο ASCII. Χρησιμοποιώντας πεδία ετικέτας "MIME- Version", "Content-Type" και "Content-Transfer-Encoding", είναι δυνατό να περιλαμβάνονται με έναν τυποποιημένο τρόπο, αυθαίρετοι τύποι δεδομένων με συμμορφούμενα RFC 822 μηνύματα ταχυδρομείου. Έτσι κανένας περιορισμός που επιβάλλεται από το RFC 822 δεν παραβιάζεται. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφεται το πρότυπο RFC 2231, το οποίο καθορίζει τις επεκτάσεις που εξετάζουν διαφόρους περιορισμούς που προκύπτουν από την χρήση παραμέτρων MIME σε πεδία ετικέτας τύπου περιεχομένου και διάθεσης στο Internet. Όλες αυτές οι επεκτάσεις εφαρμόζονται σε ένα μοντέλο που είναι απόλυτα συμβατό σε συντακτικό επίπεδο με υπαρκτές MIME εφαρμογές. Τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα βασικά πρωτόκολλα καθορισμού δομής μορφοτύπων που χρησιμοποιούνται στον τομέα της τηλειατρικής. Αναλύονται οι λειτουργικές προδιαγραφές της υπηρεσίας WADO. Παρουσιάζεται το IHE XDS σχεδιάγραμμα ολοκλήρωσης, που επιλαμβάνεται του προβλήματος της διαλειτουργικότητας του ΗΑΥΠ. (Hλεκτρονικό Aρχείο Yγειονομικής Περίθαλψης - ΗΑΥΠ -Electronic Healthcare Record – EHR). Το ΗΑΥΠ αποτελεί έναν βασικό ερευνητικό τομέα στην ιατρική πληροφορική. / The existence of the Internet provides the possibility to transfer structured information through many different applications.One of the most used applications is the e-mail, which exists from the very beginning of the Internet. Recently a new important application, the telemedicine, appears which includes operations similar to e-mail.In this diploma thesis the protocols for the format of Internet messages RFC 822, RFC 2822, the RFC 2045 of the category of MIME and also the RFC 2231 are presented. These are some of the most basic e-mail protocols and thus the basis for the development of telemedicine. Simultaneously there is a comprehensive reference to the basic protocols that establish a structure format and are used in Medical Informatics.Specifically, Chapter 1presents the protocol RFC 822, which defines the format and semantics of the contents of the e-mail. Atlhough this protocol is sufficient for ASCII text messages sending, it’s not for non-ASCII text messages.In Chapter 2 there is reference to protocol RFC 2822, which is a more updated version of RFC 822, in order to reflect current practice. It strictly defines the structure of contents of text messages while it makes no provision for the transmission of multimedia messages. In Chapter 3 we present the RFC 2045 of the category MIME which is an independent specification that complements RFC 822.This protocol provides the necessary additional header in the mail in order to sent content of non-ASCII text. By using header fields "MIME- Version","Content-Type"and"Content-Transfer-Encoding ", it’s possible arbitrary data types with compliant mail messages to be included in a standard way. Because of this any restriction imposed by RFC 822, is being violated. In Chapter 4 , we describe the standard RFC 2231 which defines the extensions considering different restrictions that arise from the use of MIME parameters in content type and content-disposition header fields in Internet e-mail.All these extensions are applicable to a model which is completely compatible in syntax level with already existing applications. Finally in Chapter 5 we present the basic protocols that determine structure formats and are used in telemedicine. Also the functional specifications of the WADO are analyzed here.The IHE XDS layout integration is presented that address the problem of interoperability of HER. The HER is a key research field in medical informatics.

Η δομή της εργασίας χωρίζεται σε πέντε μέρη. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των δικτύων υπολογιστών και του μοντέλου αναφοράς OSI που χρησιμοποιείται για την περιγραφή τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται το πρωτόκολλο επικοινωνίας TCP και αναλύονται οι μηχανισμοί και οι υπηρεσίες που παρέχει. Στο τρίτο κεφάλαιο μελετάται η υλοποίηση του πρωτοκόλλου TCP στον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος Linux και προτείνονται μέθοδοι εκτενούς παρακολούθησης της λειτουργίας του σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας τις δυνατότητες που παρέχει ο πυρήνας του λειτουργικού συστήματος. Το τέταρτο κεφάλαιο περιλαμβάνει την πειραματική διαδικασία. Μέσα από συγκεκριμένα σενάρια που υλοποιούνται σε ένα οικιακό τοπικό δίκτυο, εξετάζεται και αξιολογείται η λειτουργία πέντε διαφορετικών αλγορίθμων συμφόρησης του πρωτοκόλλου TCP, οι οποίοι αποτελούν κομμάτι του πυρήνα του λειτουργικού συστήματος. Τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο παίρνοντας σαν αφορμή τα αποτελέσματα της συγκριτικής αξιολόγησης των πέντε αλγορίθμων προτείνονται μικρές τροποποιήσεις στον κώδικα του ενός από αυτούς με στόχο την βελτίωση της λειτουργίας του στο συγκεκριμένο τοπικό δίκτυο. / Η δομή της εργασίας χωρίζεται σε πέντε μέρη. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των δικτύων υπολογιστών και του μοντέλου αναφοράς OSI που χρησιμοποιείται για την περιγραφή τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται το πρωτόκολλο επικοινωνίας TCP και αναλύονται οι μηχανισμοί και οι υπηρεσίες που παρέχει. Στο τρίτο κεφάλαιο μελετάται η υλοποίηση του πρωτοκόλλου TCP στον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος Linux και προτείνονται μέθοδοι εκτενούς παρακολούθησης της λειτουργίας του σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας τις δυνατότητες που παρέχει ο πυρήνας του λειτουργικού συστήματος. Το τέταρτο κεφάλαιο περιλαμβάνει την πειραματική διαδικασία. Μέσα από συγκεκριμένα σενάρια που υλοποιούνται σε ένα οικιακό τοπικό δίκτυο, εξετάζεται και αξιολογείται η λειτουργία πέντε διαφορετικών αλγορίθμων συμφόρησης του πρωτοκόλλου TCP, οι οποίοι αποτελούν κομμάτι του πυρήνα του λειτουργικού συστήματος. Τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο παίρνοντας σαν αφορμή τα αποτελέσματα της συγκριτικής αξιολόγησης των πέντε αλγορίθμων προτείνονται μικρές τροποποιήσεις στον κώδικα του ενός από αυτούς με στόχο την βελτίωση της λειτουργίας του στο συγκεκριμένο τοπικό δίκτυο.

Η μεγάλη εξάπλωση των δικτύων που βασίζονται στο Internet Protocol (IP) , έδωσε την ευκαιρία για χρήση του Διαδικτύου για μετάδοση φωνής , μέσω της τεχνολογίας Voice over IP(VoIP) , έναντι των παραδοσιακών δημοσίων τηλεφωνικών δικτύων (PSTN) . Το Session Initiation Protocol είναι το πρωτόκολλο σηματοδοσίας , που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο συνόδων πολυμέσων , όπως κλήσεις φωνής ή βιντεοκλήσεις στα δίκτυα IP . Η χρησιμοποίηση του πρωτοκόλλου σε φορητές συσκευές , όπου η διαχείριση πόρων παίζει σπουδαίο ρόλο , δίνει το ερέθισμα για τη δημιουργία ειδικού υλικού που θα αποφορτίζει τον επεξεργαστή της συσκευής από τους απαιτητικούς ελέγχους που χρειάζονται για την δημιουργία μιας συνόδου . Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας παρουσιάζεται ένα σύστημα , υλοποιημένο σε FPGA , που προσομοιώνει έναν χρήστη SIP , κι έχει τη δυνατότητα να λαμβάνει , να επεξεργάζεται και να απαντά σε μηνύματα για την δημιουργία μια συνόδου . Στα κεφάλαια που ακολουθούν παρουσιάζεται η δομή του πρωτοκόλλου και τα χαρακτηριστικά του συστήματος που υλοποιήθηκε . Αρχικά παρουσιάζονται οι βασικές αρχές του πρωτοκόλλου και τα δομικά στοιχεία του . Έπειτα αναλύεται η δομή ενός SIP μηνύματος κι εξηγούνται οι λόγοι που κάνουν την αποθήκευσή του απαιτητική εργασία για την CPU . Έπειτα αναλύεται η βασική διαδικασία δημιουργίας συνόδου χρησιμοποιώντας ένα παράδειγμα . Το επόμενο μέρος αφιερώνεται στην αναλυτική περιγραφή του συστήματος που υλοποιήθηκε και την διαδικασία ελέγχου της ορθής λειτουργίας του . Τέλος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα και συμπεράσματα της εργασίας . / The wide spread of networks based on Internet Protocol (IP), gave the opportunity for using the Internet for voice transmission , through Voice over IP (VoIP) technology, over traditional public telephone networks (PSTN). The Session Initiation Protocol is a signaling protocol , used to control multimedia sessions such as voice calls or video calls in IP networks. The use of this protocol in mobile devices , where resources management is very important ,is giving the stimulus for the creation of special hardware that offloads the CPU of demanding controls needed to create a session . As part of this thesis ,a system implemented on FPGA, which simulates a SIP user, and has the ability to receive, process and respond to messages to create a session , is presented. The following chapters present the structure of the protocol and the characteristics of the implemented system . Originally presented the basic principles of the Protocol and its structural elements . Thereafter the structure of a SIP message is analyzed , and the reasons that make storing a demanding work for the CPU , are explained. Then the basic process of creating a session is analyzed , using an example . The next part is devoted to a detailed description of the implemented system and the process of verifying the proper operation. Finally are presented the results and conclusions of the work .

Η ύπαρξη Διαδικτύου δημιούργησε την ιδιότητα του "Παγκόσμιου Πολίτη", δίνοντας την δυνατότητα σε όλους τους χρήστες του Διαδικτύου να μπορούν να έχουν πρόσβαση σε μια πληθώρα πληροφοριών, να επικοινωνούν μεταξύ τους, αλλά και να μπορούν και οι ίδιοι να μετατρέπονται από χρήστες του Διαδικτύου σε Παρόχους Υπηρεσιών μέσω του Διαδικτύου. Την σημερινή εποχή αναγνωρίζεται ως μια από τις σημαντικότερες εφαρμογές του Διαδικτύου και μάλιστα όχι άδικα, η τεχνολογία των Web Services, η οποία επιτρέπει στις εφαρμογές να επικοινωνούν μεταξύ τους ανεξαρτήτως πλατφόρμας και γλώσσας προγραμματισμού. Τα πρώτα web services σκόπευαν να είναι πηγές πληροφορίας τις οποίες μπορεί κανείς πολύ εύκολα να ενσωματώσει στις εφαρμογές του. Στην συνέχεια εξελίχθηκαν,προσφέροντας όλα τα δυναμικά τους χαρακτηριστικά ώστε να συνδυάζονται υπηρεσίες σε εφαρμογές. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται μια εκτενής αναφορά στον σχεδιασμό και στην ανάπτυξη των Web Services. Αρχικά παρουσιάζονται οι βασικές τεχνολογίες των Web Services, η γλώσσα XML, το πρωτόκολλο SOAP, καθώς και οι WSDL και UDDI, οι οποίες αποτελούν τον "δομικό σκελετό" των Υπηρεσιών Διαδικτύου. Στην συνέχεια αντιμετωπίζουμε μια Υπηρεσία Web από την πλευρά του Παρόχου Υπηρεσίας. Αναφερόμαστε δηλαδή στους τρόπους υλοποίησης μιας τέτοιας εφαρμογής και στα βασικά εργαλεία προγραμματισμού της. Στο τελευταίο κομμάτι της παρούσας διπλωματικής παρουσιάζονται οι τελευταίες απαιτούμενες τεχνολογίες, ώστε να μπορούμε να μιλάμε για μια ολοκληρωμένη κατανεμημένη τεχνολογία των Υπηρεσιών Διαδικτύου. / The existence of the Internet created the position of "World Citizen", giving the opportunity to all users to be able to access a wealth of information, to communicate with each other, but also can be converted from users of Internet to Internet Service Providers. At this moment recognized as one of the most important applications of the Internet and not unjustly, the technology of Web Services, which allows applications to communicate regardless of platform and programming language. The initial web services intended to be sources of information which can easily incorporate into applications. Then web services were developed by offering all dynamic characteristics to combine services to applications. In this diploma become a comprehensive reference to the design and development of Web Services. Originally presented Initially the basic technologies of Web Services, the language XML, the protocol SOAP, WSDL and the UDDI, which is the "structural frame" of Web Services. Then we have a Web Service from the service provider side. We refer to the ways of implementation of such an application and on the basic development tools. In the last part of this thesis presented the latest technologies required so we can talk about a comprehensive distributed technology of the Web Services.

Τα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα οπτικών ινών χρησιμοποιούν την τεχνολογία WDM Wavelength Division Multiplexing) η οποία έχει κάνει εφικτή την αξιοποίηση – ως ένα βαθμό– του τεράστιου εύρους ζώνης της οπτικής ίνας. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας θα παρουσιαστούν οι τρεις βασικές οπτικές αρχιτεκτονικές μεταγωγής (οπτική μεταγωγή κυκλώματος –OCS–, οπτική μεταγωγή πακέτου –OPS–, οπτική μεταγωγή ριπής–OBS–) οι οποίες μετατρέπουν τη διαθέσιμη χωρητικότητα σε ωφέλιμο throughput. Ιδιαίτερη έμφαση θα δοθεί στην αρχιτεκτονική OBS, η οποία έχει τραβήξει το ερευνητικό ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια, σαν μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική της (ώριμης πλέον) αρχιτεκτονικής OCS. Συγκεκριμένα, θα διερευνηθεί η μετάδοση του TCP πρωτοκόλλου πάνω από OBS δίκτυα μέσα από λεπτομερείς προσομοιώσεις, και θα προταθούν κατάλληλες βελτιώσεις της αρχιτεκτονικής OBS. Ακόμα, θα περιγραφεί μια πρωτότυπη υβριδική αρχιτεκτονική οπτικής μεταγωγής ριπής. / Internet traffic has faced an exploding growth in recent years. The ever-growing demand for multimedia web services, as well as the advent of P2P technology, are driving core networks to their limits. This calls for the design of high capacity core networks, being able to serve the user’s high bandwidth requests. Optical networks have become a key part of the solution, mainly due to the vast capacity of optical fibers. Specifically, the advent of WDM technology has resulted in transmission capacities that have increased manifold in recent years. It is the router/switch throughput, however, that really transforms the raw bit rates into effective bandwidth. In this diploma thesis, we study the three basic optical architectures, that is Optical Circuit Switching (OCS), Optical Packet Switching (OPS) and Optical Burst Switching (OPS). Emphasis is given on OBS architecture, which has drawn research interest in recent year, as a possible replacement for the well-established OCS architecture. Specifically, we will study the transmission of TCP traffic over OBS networks through simulation, and propose modifications for the OBS architecture. Finally, a novel hybrid switch architecture will be proposed, combining the merits of OBS and OCS.

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

Το αντικείμενο της διατριβής αυτής είναι η εισαγωγή ενός νέου πρωτοκόλλου (e-SCP-ECG+) με στόχο την μεταφορά και διαχείριση πολλαπλών τύπων πληροφορίας που προέρχονται από ιατρικές συσκευές συλλογής ζωτικών σημάτων, δεδομένα που αφορούν τις αλλεργίες από τις οποίες υποφέρει ο ασθενής, στοιχεία γεωτοποθεσίας, καθώς επίσης και δημογραφικών στοιχείων, από τους ασθενείς σε υπολογιστικούς σταθμούς επεξεργασίας, διαχείρισης και αποθήκευσής της. Ορίζεται επίσης η αρχιτεκτονική ενός Συστήματος Τηλεπαρακολούθησης Υγείας Ασθενούς (ΣΤΥΑ), το οποίο χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο e-SCP-ECG+ για τη μεταφορά, τη διαχείριση και την αρχειοθέτηση της συλλεγόμενης πληροφορίας. Η αρχιτεκτονική περιλαμβάνει, επίσης, τη δημιουργία ενός Δικτύου από ΣΤΥΑ, με στόχο την δικτυακή αναζήτηση πληροφορίας σχετικής με τον ασθενή, εξασφαλίζοντας έτσι τη δυνατότητα του ελέγχου της πορείας της υγείας ενός ασθενούς. Το ΣΤΥΑ πέρα από την λειτουργία του σε εργαστηριακό επίπεδο, δοκιμάστηκε πιλοτικά σε πραγματικές συνθήκες. / This dissertation introduces a new protocol named e-SCP-ECG+, which permits the transport and management of multiple information types collected from patients (vital signs, citizen demographic data, other information relative with the treated incident, allergy data, geolocation data, etc.), through a communication network to a Health Reception Center. The dissertation also defines the architecture of a Health Tele-monitoring System (HTS) aiming to protocol’s application and evaluation. The pilot HTS, uses the protocol e-SCP-ECG+, in order to transmit, manage and archive the collected information. The creation of an HTS’s Network is also included in this architecture. This network supports health continuity and gives doctor the ability to search information relative to the patient between different networked HTSs. The pilot HTS, has been tested both on laboratory conditions and in real-world operation.

Τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων (ΑΔΑ) αποτελούν μία αρκετά πρόσφατη και πολλά υποσχόμενη νέα τεχνολογία που βρίσκει πληθώρα εφαρμογών. Λόγω της ευρύτατης εφαρμοσιμότητάς της και της προφανούς θέσης που βρίσκει στο σύγχρονο κατανεμημένο υπολογιστικό κόσμο, η επιστημονική τυπική θεμελίωση των νόμων που διέπουν αυτή τη νέα τεχνολογία καθίσταται απαραίτητη. Έτσι, έχουν προταθεί πολλά νέα υπολογιστικά μοντέλα για ΑΔΑ. Μία ειδική κατηγορία τέτοιων συστημάτων είναι τα Πρωτόκολλα Πληθυσμών (ΠΠ). Αυτά διέπονται από τρία ιδιαίτερα χαρακτηριστικά: Οι κόμβοι αίσθησης (πράκτορες) κινούνται παθητικά, δηλαδή δε μπορούν να ελέγξουν την κίνηση στην οποία υπόκεινται, η διαθέσιμη μνήμη κάθε κόμβου είναι πολύ περιορισμένη και οι πράκτορες αλληλεπιδρούν κατά ζεύγη. Έχει αποδειχθεί ότι ένα κατηγόρημα είναι υπολογίσιμο από το μοντέλο των ΠΠ εάν και μόνο εάν είναι ημιγραμμικό. Η κλάση των ημιγραμμικών κατηγορημάτων αποτελεί μία αρκετά μικρή κλάση. Στην παρούσα εργασία, βασικός μας στόχος είναι η επέκταση του μοντέλου των πρωτοκόλλων πληθυσμών με σκοπό το κέρδος σε υπολογιστική ισχύ. Πρώτα κάνουμε την παραδοχή ότι, πέρα των κόμβων αίσθησης, και οι ακμές του γραφήματος μπορούν να διατηρούν περιορισμένες καταστάσεις. Έτσι, σε ένα πλήρες γράφημα n κόμβων είναι σα να έχουμε προσθέσει Ο(n^2) επιπλέον θέσεις μνήμης οι οποίες διαβάζονται και γράφονται μόνο από τα άκρα της αντίστοιχης ακμής. Αποδεικνύουμε ότι το νέο μοντέλο, το οποίο καλούμε μοντέλο Πρωτοκόλλων Πληθυσμών με Διαμεσολαβητή, μπορεί να λειτουργήσει ως μία κατανεμημένη ανταιτιοκρατική μηχανή Turing (ΜΤ) που χρησιμοποιεί όλη τη διαθέσιμη μνήμη. Η μόνη διαφορά από μία συνήθη ΜΤ είναι ότι η συγκεκριμένη μηχανή υπολογίζει μόνο συμμετρικές γλώσσες. Πιο τυπικά, δείχνουμε ότι ένα κατηγόρημα είναι υπολογίσιμο από το νέο μοντέλο εάν και μόνο εάν είναι συμμετρικό και ανήκει στην NSPACE(n^2). Επιπλέον, μελετάμε και τη δυνατότητα του νέου μοντέλου να διαγιγνώσκει γλώσσες γραφημάτων (για γενικά γραφήματα). Εν συνεχεία, αγνοούμε τις καταστάσεις των ακμών και δίνουμε μία νέα βελτίωση και πάλι απευθείας απ' το μοντέλο των ΠΠ. Η υπόθεση που κάνουμε τώρα είναι ότι οι πράκτορες είναι πολυταινιακές ΜΤ με άπειρη μνήμη, που μπορούν τόσο να εκτελούν εσωτερικό υπολογισμό όσο και να αλληλεπιδρούν με άλλους πράκτορες και ορίζουμε χωρικά φραγμένους υπολογισμούς. Καλούμε το νέο αυτό μοντέλο, μοντέλο Παθητικά κινούμενων Μηχανών. Αποδεικνύουμε ότι αν χρησιμοποιείται σε κάθε πράκτορα μνήμη το πολύ f(n) για f(n)=Ω(log n) τότε ένα κατηγόρημα είναι υπολογίσιμο από το νέο μοντέλο εάν και μόνο εάν είναι συμμετρικό και ανήκει στην NSPACE(nf(n)). Δείχνουμε επίσης ότι αυτό δεν ισχύει για f(n)=o(log n). Βασιζόμενοι σε αυτά, δείχνουμε ότι για f(n)=Ω(log n) υπάρχει μία χωρική ιεραρχία ακριβώς όπως και για τις συνήθεις (συμμετρικές) ΜΤ. Δείχνουμε επίσης ότι αυτό δεν ισχύει για f(n)=o(loglog n), καθώς στην τελευταία περίπτωση η αντίστοιχη κλάση καταρρέει μέσα στην κλάση των ημιγραμμικών κατηγορημάτων, και τέλος ότι για f(n)=Ω(loglog n) η κλάση γίνεται αυστηρά μεγαλύτερη των ημιγραμμικών κατηγορημάτων. Αφήνουμε ανοικτό το πρόβλημα του τι ακριβώς συμβαίνει για χωρικά φράγματα f(n) τέτοια ώστε f(n)=Ω(loglog n) και f(n)=o(log n). / Wireless Sensor Networks (WSNs) constitute a recent and promising new technology that is widely applicable. Due to the applicability of this technology and its obvious importance for the modern distributed computational world, the formal scientific foundation of its inherent laws becomes essential. As a result, many new computational models for WSNs have been proposed. Population Protocols (PPs) are a special category of such systems. These are mainly identified by three distinctive characteristics: the sensor nodes (agents) move passively, that is, they cannot control the underlying mobility pattern, the available memory to each agent is restricted, and the agents interact in pairs. It has been proven that a predicate is computable by the PP model iff it is semilinear. The class of semilinear predicates is a fairly small class. In this work, our basic goal is to enhance the PP model in order to improve the computational power. We first make the assumption that not only the nodes but also the edges of the communication graph can store restricted states. In a complete graph of n nodes it is like having added O(n^2) additional memory cells which are only read and written by the endpoints of the corresponding edge. We prove that the new model, called Mediated Population Protocol model, can operate as a distributed nondeterministic Turing machine (TM) that uses all the available memory. The only difference from a usual TM is that this one computes only symmetric languages. More formally, we establish that a predicate is computable by the new model iff it is symmetric and belongs to NSPACE(n^2). Moreover, we study the ability of the new model to decide graph languages (for general graphs). The next step is to ignore the states of the edges and provide another enhancement straight away from the PP model. The assumption now is that the agents are multitape TMs equipped with infinite memory, that can perform internal computation and interact with other agents, and we define space-bounded computations. We call this the Passively mobile Machines model. We prove that if each agent uses at most f(n) memory for f(n)=Ω(log n) then a predicate is computable iff it is symmetric and belongs to NSPACE(nf(n)). We also show that this is not the case for f(n)=o(log n). Based on these, we show that for f(n)=Ω(log n) there exists a space hierarchy like the one for classical symmetric TMs. We also show that the latter is not the case for f(n)=o(loglog n), since here the corresponding class collapses in the class of semilinear predicates and finally that for f(n)=Ω(loglog n) the class becomes a proper superset of semilinear predicates. We leave open the problem of characterizing the classes for f(n)=Ω(loglog n) and f(n)=o(log n).

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 ασύρματα δίκτυα αισθητήρων αποτελούν μία πρωτοποριακή τεχνολογία που ήρθε στο προσκήνιο πριν από μία περίπου δεκαετία. Η καινοτομία της τεχνολογίας αυτής έγκειται στη συνεργασία μεγάλου αριθμού κόμβων περιορισμένων πόρων χαμηλής κατανάλωσης ισχύος σε μία μόνο εφαρμογή. Η εργασία αυτή ασχολείται με θέματα ενδιάμεσου λογισμικού σε ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Συγκεκριμένα, μελετάται το πρωτόκολλο Deluge που αποτελεί τη βασική επιλογή για ασύρματο προγραμματισμό δικτύων αισθητήρων που «τρέχουν» το λειτουργικό σύστημα πραγματικού χρόνου TinyOS. Παρέχοντας έναν αξιόπιστο και αποδοτικό μηχανισμό διάδοσης δεδομένων μέσω της δυαδικής εικόνας του κώδικα, το Deluge κατέχει ρόλο-κλειδί στη βαθμίδα ενδιάμεσου λογισμικού των ασύρματων δικτύων αισθητήρων. Η μελέτη και κατανόηση του πρωτοκόλλου αυτού επέτρεψε την υλοποίηση σε nesC ενός απλούστερου πρωτοκόλλου που αξιοποιεί τα βασικά χαρακτηριστικά του μηχανισμού μετάδοσης δεδομένων του Deluge. Σε συνέχεια αυτής της υλοποίησης, αξιολογήθηκε εκ νέου η διαδικασία μετάδοσης πραγματοποιώντας δοκιμές τόσο σε πραγματικές τοπολογίες κόμβων αισθητήρων (motes) που υποστηρίζουν το πρότυπο ασύρματης επικοινωνίας IEEE 802.15.4 όσο και σε περιβάλλον προσομοίωσης (TOSSIM). Τα προκύπτοντα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την αποδοτική μετάδοση δεδομένων σε δίκτυα αισθητήρων αξιοποιώντας το πρωτόκολλο Deluge. Η παρούσα εργασία αποτελείται από έξι κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο παρέχει πληροφορίες για το γνωστικό αντικείμενο της εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται μία μελέτη στην ερευνητική περιοχή των ασύρματων δικτύων αισθητήρων και στο τρίτο κεφάλαιο εξετάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά ενός κόμβου αισθητήρων που υποστηρίζει το πρότυπο IEEE 802.15.4. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η έννοια του ασύρματου προγραμματισμού στα δίκτυα αισθητήρων και μελετάται εκτενώς το πρωτόκολλο Deluge. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφεται η υλοποίηση που έλαβε χώρα και η αξιολόγηση αυτής με τους μηχανισμούς που αναφέρθηκαν παραπάνω. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο παρατίθενται τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από την εκπόνηση της εν λόγω εργασίας και δίνονται ορισμένες κατευθύνσεις για μελλοντική ενασχόληση με το Deluge και με το ενδιάμεσο λογισμικό στα δίκτυα αισθητήρων γενικότερα. / Wireless sensor networks (WSNs) emerged about a decade ago, representing a new class of computing with large numbers of resource-constrained computing nodes cooperating on a single application. This thesis deals with middleware issues in wireless sensor networks. Specifically, we study Deluge that suggests the de facto over-the-air programming protocol for WSNs working under TinyOS. Providing a reliable and efficient data dissemination mechanism via the binary image of the program code, Deluge plays a key role in the middleware layer of WSNs. Gaining insight into Deluge, we implemented in the nesC programming language a simplified protocol that incorporates the main features of Deluge data dissemination mechanism. This implementation allowed us to evaluate further the propagation procedure of Deluge using a two-mechanism evaluation framework. Carrying out experiments both in real-world deployments being compatible with IEEE 802.15.4 radio and in a simulation environment (TOSSIM), we verified the efficient data propagation in WSNs, using Deluge. This dissertation follows a structure of six chapters. In the first chapter, we give a piece of information about the subject field of this thesis. In the second chapter, we present an overall survey of the research area of WSNs and in the third chapter we examine the basic features of a sensor node (mote) whose wireless communication is based on an IEEE 802.15.4 compliant radio. In the fourth chapter, we discuss network programming in WSNs and we analyze the data dissemination mechanism of Deluge. In the fifth chapter, we discuss our implementation and its evaluation. Finally, in the sixth chapter, we conclude the thesis emphasizing the experience derived from that and we give some directions for future work with Deluge and middleware in WSNs generally.