Στην παρούσα εργασία ασχοληθήκαμε με την εκτίμηση συναρτήσεων κόστους επένδυσης για εργοστάσια παραγωγής ενέργειας από βιοαέριο στην Ευρώπη καθώς και με τη συνοπτική παρουσίαση της τεχνολογίας βιοαερίου. / In the present paper cost functions for biogas energy plants in Europe are estimated. Additionaly biogas technologies are briefly presented in order for the Greek investors to be familiarised with the advantages of using biogas.

Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή εντάσσεται ερευνητικά στο επιστημονικό πεδίο της Στατιστικής Θεωρίας Αποφάσεων και αποσκοπεί στην εκτίμηση της μέσης τιμής ενός πληθυσμού, ο οποίος επιλέγεται από δύο κανονικούς πληθυσμούς με άγνωστες μέσες τιμές και κοινή γνωστή διασπορά ως προς το τετραγωνικό σφάλμα και ως προς την ασύμμετρη συνάρτηση ζημίας LINEX. Η μελέτη του προβλήματος της εκτίμησης της μέσης τιμής ενός πληθυσμού ως προς το τετραγωνικό σφάλμα, παρουσιάστηκε στην εργασία του Dahiya(1974) ενώ το αντίστοιχο πρόβλημα ως προς την ασύμμετρη συνάρτηση ζημίας LINEX μελετήθηκε από τους Parsian and Farsipour(1999). Στην παρούσα εργασία, έγινε μια προσπάθεια σύγκρισης των αποτελεσμάτων της συνάρτησης μεροληψίας καθώς και της συνάρτησης κινδύνου προκειμένου να διαπιστωθεί ο βέλτιστος εκτιμητής. Η εύρεση εκτιμητών της μέσης τιμής από επιλεγμένο κανονικό πληθυσμό προϋποθέτει τη γνώση βασικών μαθηματικών εργαλείων. Κρίνεται, λοιπόν, αναγκαίο να μελετήσουμε βασικές έννοιες της Μαθηματικής Στατιστικής, οι οποίες θα μας βοηθήσουν να επιτύχουμε το στόχο μας. Στο Κεφάλαιο 1 παρατίθενται βασικοί ορισμοί και θεωρήματα της Μαθηματικής Στατιστικής. Στο Κεφάλαιο 2, περιλαμβάνεται η συνήθης εκτίμηση των παραμέτρων θέσεως από δύο κανονικούς πληθυσμούς με κοινή, γνωστή διασπορά. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζουμε τους εκτιμητές της μέσης τιμής του επιλεγμένου κανονικού πληθυσμού, τους οποίους πρότεινε ο Ram.C Dahiya(1974) καθώς και τις αντίστοιχες συναρτήσεις μεροληψίας. Στο Κεφάλαιο 4 γίνεται εκτενής ανάλυση των εκτιμητών μέσης τιμής από κανονικούς πληθυσμούς, τους οποίους πρότειναν οι Parsian and Farsipour(1999) καθώς και οι αντίστοιχες συναρτήσεις μεροληψίας. Στο Κεφάλαιο 5 παραθέτουμε τη συνάρτηση κινδύνου για καθένα από τους εκτιμητές των Parsian and Farsipour(1999) καθώς και αριθμητικά αποτελέσματα για το μέσο τετραγωνικό σφάλμα των εκτιμητών που προτάθηκαν στην εργασία του Dahiya(1974). / --

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει στόχο τη μελέτη της συνάρτησης Ζήτα του Riemann μέσω της Μιγαδικής ανάλυσης δηλαδή ως μία επέκταση αυτής από την ευθεία των πραγματικών αριθμών στο μιγαδικό επίπεδο. Η σύνδεση της συνάρτησης αυτής με τους πρώτους αριθμούς, η διάσημη υπόθεση Riemann, η συναρτησιακή εξίσωση, η αναλυτικότητά της εκτός σημείου είναι μερικά αποτελέσματα της μελέτης. Το αρχικό βήμα της εργασίας πριν από την μελέτη της συνάρτησης Ζήτα είναι μια εκτενής αναφορά στην συνάρτηση Γάμμα ως επεκτεινόμενη στο Μιγαδικό επίπεδο, την αναλυτικότητά της και κάποιων βασικών ιδιοτήτων της. Κάτι τέτοιο ήταν αναγκαίο, διότι η συνάρτηση Γάμμα αποτελεί ένα εργαλείο για τη μελέτη της συνάρτησης Ζήτα. / --

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποσκοπεί στην δημιουργία ενός σύγχρονου και ευέλικτου προγράμματος σε περιβάλλον Matlab, το οποίο θα επιτυγχάνει την ορθή και λεπτομερή προσομοίωση της λειτουργίας των συστοιχιών ηχείων, μέσω της αναπαράστασης της στάθμης ηχητικής πίεσης (SPL) και των διαγραμμάτων κατευθυντικότητας, και το οποίο θα είναι εύκολο στη χρήση και φιλικό προς τον χρήστη μέσω ενός γραφικού περιβάλλοντος το οποίο θα δημιουργηθεί επίσης στο Matlab. Στην εργασία παρούσιαζονται τόσο τα στοιχεία που αποτελούν και συνθέτουν μια συστοιχία ηχείων όσο και οι μετάβλητές που επηρεάζουν την απόδοση λειτουργίας της. Παρουσιάζεται βήμα βήμα η δημιουργία και η εξέλιξη του απαιτούμενου κώδικα καθώς και επεξηγήσεις για την λειτουργία και τον τρόπο χρήσης του. Μέσω πολύπλοκων εξισώσεων γίνεται δυνατή η πλήρης και ακριβής προσομοίωση των συστοιχιών και επακόλουθα η εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων όσον αφορά τον τρόπο λειτουργίας τους, τις μεταβλήτές αλλά και τον τρόπο που αυτές επηρεάζουν την στάθμη ηχητικής πίεσης (SPL) των συστοιχιών καθώς και για τον τρόπο βελτιστοποίησης της απόδοσης μιας συστοιχίας. Η ενσωμάτωση του εν λόγω κώδικα σε ένα χρήσιμο και εύχρηστο γραφικό περιβάλλον, κάνει το εν λόγω πρόγραμμα ιδανικό για την μελέτη της συμπεριφοράς των συστοιχιών ηχείων κάτω απο οποιεσδήποτε συνθήκες. / This project presents a modern and flexible program which was created in a Matlab environment and which simulates in great detail the function of loudspeaker arrays through the representation of the Sound Pressure Level (SPL) and the Directivity Functions of all kind of loudspeaker arrays. This program is extremely user friendly since it has been embedded in a Graphic User interface, which was also created in a Matlab environment. In the project are presented the elements of which a loudspeaker array is comprised off and the different variables that affect its performance. There is a step by step presentation of the creation process and the evolution process of the Matlab code as well as instructions for the way of use of the final program. Through complex equations, it is possible to fully simulate the function of loudspeaker arrays with great detail and thus to extract very useful conclusions about their function, and the way that various variables affect their Sound Pressure Level in order to optimize their performance. The embendment of this program in an easy to handle graphic user interface, makes it ideal for the study and research of the behavior of loudspeaker arrays under any circumstances.

Η παρούσα διατριβή εντάσσεται ερευνητικά στην περιοχή της στατιστικής θεωρίας αποφάσεων. Αντικείμενο της είναι η μελέτη προβλημάτων εκτίμησης ποσοστιαίου σημείου για το μοντέλο της παραμετρικής εκθετικής κατανομής. Στο πρώτο κεφάλαιο περιέχονται κάποιοι ορισμοί και παρουσιάζονται γνωστά αποτελέσματα. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρατίθεται το μοντέλο της διπ. εκθετικής κατανομής και κατασκευάζονται γνωστοί εκτιμητές για το ποσοστιαίο σημείο της. Στο τρίτο κεφάλαιο εξετάζονται οι εκτιμητές τύπου stein, στο τέταρτο κεφάλαιο οι εκτιμητές τύπου bayes, ενώ στο τελευταίο κεφάλαιο δίνονται οι γραφικές παραστάσεις οι οποίες δείχνουν το ποσοστό βελτίωσης που πετυχαίνεται με την χρήση των πιο πάνω εκτιμητών. / This paper is enlisted in the area of the statistical decision theory. Its objective is the problem of estimation of the fraction point in the model of the exponential distribution with two parameters. In the first chapter, we propose simple and well known theorems, the second chapter comprises of the model of the exponential distribution and well known estimators for her fraction point, in the third chapter the stein estimators are presented, the fourth chapter has the bayes estimators and finally we present the graphical presentations.

The aim of our work was to provide a robust method for evaluating imaging performance of positron emission tomography (PET) systems and particularly to estimate the modulation transfer function (MTF) using the line spread function (LSF) method. A novel plane source was prepared using thin layer chromatography (TLC) of a fluorine-18-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) solution. The source was placed within a phantom, and imaged using the whole body (WB) two dimensional (2D) and three dimensional (3D) standard imaging protocols in a hybrid PET/CT scanner. Modulation transfer function was evaluated by determining the LSF, for various reconstruction methods and filters. The proposed MTF measurement method was validated against the conventional method, based on point spread function (PSF). Higher MTF values were obtained with 3D scanning protocol and 3D iterative reconstruction algorithm. All MTF obtained using 3D reconstruction algorithms showed better preservation of higher frequencies than the 2D algorithms. They also exhibited better contrast and resolution. MTF derived from LSF were more precise compared with those obtained from PSF since their reproducibility was better in all cases, providing a mean standard deviation of 0.0043, in contrary to the PSF method which gave 0.0405. By using our novel plane source we developed a method for measuring the image registration shift between the CT and the PET images in fusion. The method gave results that are comparable to the manufacturers’ method for image registration and has the advance that is applicable to all scanner models. Through the MTF it is also feasible to compare commercially available scanners in terms of image quality. In conclusion, the proposed method is novel and easy to implement for characterization of the signal transfer properties and image quality of PET/CT systems. It provides an easy way to evaluate the frequency response of each kernel available. The proposed method requires cheap and easily accessible materials, available to the medical physicist in the nuclear medicine department. Furthermore, it is robust to aliasing and since this method is based on the LSF, is more resilient to noise due to greater data averaging than conventional PSF-integration techniques. In this study was used to assess the image quality. But it can also be used as a method of quality control and stability of system performance over time. / Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να εισαγάγει μια νέα μέθοδο για την αξιολόγηση των χαρακτηριστικών της ποιότητας εικόνας στην τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET). Ειδικότερα, έγινε εκτίμηση της συνάρτησης διαμόρφωσης μεταφοράς (MTF) σε PET εικόνες με χρήση της συνάρτησης διασποράς γραμμής (LSF). Κατασκευάστηκε μία πρότυπη επίπεδη πηγή, Λεπτού Χρωματογραφικού Χάρτη (TLC), υψηλής ομοιογένειας. Οι καμπύλες της MTF υπολογίστηκαν από την ανακατασκευή των εγκάρσιων τομών της επίπεδης πηγής. Η ανακατασκευή έγινε για όλους τους διαθέσιμους αλγόριθμους ανακατασκευής και φίλτρα καθώς και για τους δύο τρόπους σάρωσης (2D και 3D). Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με την MTF που προκύπτει μέσω της συνάρτησης διασποράς σημείου (PSF). Με την χρήση της επίπεδης πηγής αναπτύχθηκε μέθοδος με την οποία μπορεί να ελεγχθεί η σύμπτωση της εικόνας του CT και της εικόνας του PET κατά την σύντηξη. Η μέθοδος συγκρίθηκε με τον τρόπο ελέγχου που καθορίζει ο κατασκευαστής του συστήματος. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε σύγκριση μεταξύ δύο εμπορικών συστημάτων από διαφορετικούς κατασκευαστές. Η σύγκριση πραγματοποιήθηκε για τα διαθέσιμα πρωτόκολλα σάρωσης και τους προτεινόμενους αλγόριθμους ανακατασκευής κάθε συστήματος. Η σάρωση του αντικειμένου σε 3D και η χρήση τρισδιάστατων αλγορίθμων ανασύστασης είχε ως αποτέλεσμα την δημιουργία εικόνων με υψηλότερες τιμές MTF. Όλες οι καμπύλες MTF που προέκυψαν από τρισδιάστατους αλγόριθμούς ανασύστασης έδειξαν καλύτερη απόκριση στις υψηλότερες συχνότητες από τους δισδιάστατους αλγόριθμους. Οι εικόνες που προέρχονται από τρισδιάστατους αλγόριθμους έχουν καλύτερη αντίθεση (contrast) και διακριτική ικανότητα (resolution). Οι καμπύλες MTF που προέρχονται από την LSF έχουν καλύτερη ακρίβεια σε σχέση με τις καμπύλες MTF που προέρχονται από την PSF και η επαναληψιμότητα τους ήταν καλύτερη σε όλες τις περιπτώσεις. Η μέση τιμή της τυπικής απόκλισης των καμπυλών MTF που προέρχονται από την LSF βρέθηκε ίση με 0,0043, ενώ η μέση τιμή της τυπικής απόκλισης των καμπυλών MTF που προέρχονται από την χρήση της PSF ήταν 0,0405. Με την προτεινόμενη μέθοδο αξιολόγησης είναι δυνατόν να συγκριθούν δύο ή περισσότερα εμπορικά διαθέσιμα συστήματα ως προς τα ποιοτικά χαρακτηριστικά της εικόνας τους. Τέλος, η μέτρηση της απόκλιση της εικόνας του CT και του PET στην εικόνα σύντηξης με την μέθοδο που αναπτύχθηκε ήταν συγκρίσιμη με την τιμή που μετρήθηκε εφαρμόζοντας την μέθοδο του κατασκευαστή. Συμπερασματικά, η παρούσα εργασία έδειξε ότι η χρήση της MTF, που προέρχεται από την LSF, μπορεί να χαρακτηρίσει πλήρως την ποιότητα εικόνας PET. Με τη προτεινόμενη μέθοδο αξιολόγησης της ποιότητας εικόνας, η διερεύνηση των διαφόρων στοιχείων της αλυσίδας απεικόνισης μπορεί να γίνει πιο απλή και να βελτιωθεί περαιτέρω και η συνολική απόδοση συστημάτων PET. Η προτεινόμενη μέθοδος αξιολόγησης απαιτεί υλικά που είναι συνηθισμένα στο κλινικό περιβάλλον, μπορεί να εφαρμοστεί πειραματικά και να χρησιμοποιηθεί στην κλινική πράξη. Επιπλέον, επειδή η μέθοδος βασίζεται στην LSF, είναι πιο ανθεκτική στο θόρυβο από τις συμβατικές τεχνικές που κάνουν χρήση της συνάρτησης διασποράς σημείου. Σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση της ποιότητας εικόνας. Μπορεί όμως να χρησιμοποιηθεί και ως μέθοδος ελέγχου ποιότητας και σταθερότητας της απόδοσης του συστήματος στον χρόνο.

Η ευαισθησία των συστημάτων είναι ένα σημαντικό θέμα της Θεωρίας Συστημάτων, το οποίο καλύπτεται σε εισαγωγικό επίπεδο με αυτή την εργασία. Η ευαισθησία αφορά τις διαφορές ανάμεσα στο πραγματικό σύστημα και στο μαθηματικό μοντέλο: αν κάποιες παράμετροι διαφέρουν αρκετά ανάμεσα στο πραγματικό σύστημα και στο μαθηματικό μοντέλο και η συμπεριφορά του συστήματος εξαρτάται κατά μεγάλο βαθμό από αυτές τις παραμέτρους, τότε η χρησιμότητα του μαθηματικού μοντέλου θα είναι πολύ μικρή αν δεν γνωρίζουμε ταυτόχρονα την παραμετρική ευαισθησία του συστήματος, δηλαδή την επίδραση των μεταβολών των παραμέτρων πάνω στην δυναμική συμπεριφορά του συστήματος. Βασικό ρόλο παίζει η προσομοίωση των εξισώσεων ευαισθησίας κατάστασης. Καθορίζουμε αρχικά τις εξισώσεις ευαισθησίας κατάστασης για παραμέτρους τύπου α και δείχνουμε ότι οι συναρτήσεις ευαισθησίας κατάστασης ενός συνεχούς συστήματος με χρονικά αμετάβλητες παραμέτρους καθορίζονται πάντα από ένα γραμμικό σύστημα διαφορικών εξισώσεων με μηδενικές αρχικές συνθήκες. Στην συνέχεια θα επεκταθούμε και στην εύρεση των συναρτήσεων ευαισθησίας κατάστασης για την περίπτωση που έχουμε παραμέτρους τύπου β και θα δούμε ότι και εδώ οι εξισώσεις ευαισθησίας κατάστασης είναι πάντα γραμμικές και οι αρχικές συνθήκες είναι ή μηδέν ή μονάδα. Στη συνέχεια προχωράμε στην εύρεση των συναρτήσεων ευαισθησίας κατάστασης για την περίπτωση που έχουμε παραμέτρους τύπου λ, αφού δούμε πρώτα το πότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το μειωμένο ονομαστικό μοντέλο. Επί πλέον, εξετάζουμε εν συντομία και τον καθορισμό των εξισώσεων ευαισθησίας εξόδου. Για την περίπτωση που έχουμε να μελετήσουμε και να συγκρίνουμε την παραμετρική ευαισθησία συστημάτων ανοικτού και κλειστού βρόχου καθώς επίσης και στην σύνθεση συστημάτων "αναίσθητων" σε παραμετρικές μεταβολές, είναι αναγκαίο να έχουμε έναν ορισμό ευαισθησίας που να είναι ανεξάρτητος από την μορφή του σήματος εισόδου, αλλά να εξαρτάται μόνο από την δομή του συστήματος. Αυτή η απαίτηση ικανοποιείται με τους ορισμούς ευαισθησίας στο πεδίο συχνότητας, οι οποίοι βασίζονται στην συνάρτηση μεταφοράς ή στον πίνακα μεταφοράς του συστήματος. Εξετάζουμε τη συνάρτηση ευαισθησίας του Bode, τη συνάρτηση ευαισθησίας του Horowitz και τη συγκριτική συνάρτηση ευαισθησίας των Perkins και Cruz. Η τελευταία μπορεί να γενικευθεί και σε μη γραμμικά, χρονικά μεταβαλλόμενα συστήματα. / The sensitivity of systems is an important theme of Systems Theory, which is covered to an introductory level in this work. The sensitivity concerns differences between the real system and the mathematical model: if some parameters are quite different between the real system and the mathematical model and the behavior of the system depends strongly on these parameters, the utility of the mathematical model will be very little if we do not know both the parametric sensitivity of the system, i.e. the effect of changes in parameters on the dynamic behavior of the system. A key role is played by simulating the state sensitivity equations. First we determine the state of sensitivity equations for parameters of type a and show that the state of sensitivity functions of a continuous system with time invariant parameters are always determined by a linear system of differential equations with zero initial conditions. Then we expand and find the state sensitivity functions for the case where we have parameters of type b and we see that here the situation sensitivity equations are always linear and the initial conditions are zero. Then we move on finding state sensitivity functions for the type lambda parameters, after we look when the reduced nominal model can use. Moreover, we look briefly at the output sensitivity equations. In case we have to study and compare the parametric sensitivity of open and closed-loop systems as well as in the synthesis systems "unconscious" to parametric changes, it is necessary to have a definition of sensitivity that is independent of the input signal format, but can depend only on the structure of the system. This requirement is satisfied by the definitions of sensitivity in the frequency domain, which are based on the transfer function or the system operator panel. We examine the sensitivity function of Bode, the sensitivity function of Horowitz and the comparative context sensitivity of Perkins and Cruz. The latter can be generalized to nonlinear, time-varying systems.

The scope of this work is the theoretical and computational modeling of the interaction between a Newtonian fluid and a cellular biological medium attached on the surface of a vessel. First and foremost, an extensive and comprehensive review is presented with regard to the available approaches for modeling momentum transfer within cellular biological media, including single-scale-single-phase approaches, Biot's poroelasticity, mixture theory, upscaling methods and multiscale computational equation free methods. Thereafter, at the cellular biological medium level, a theoretical model is developed for the description of momentum transfer within a poroelastic biomaterial, taking into account the interaction between the extracellular fluid and the solid skeleton that consists of cells and extracellular matrix (ECM). A continuum based formulation of momentum transport in a fluid-solid system at the finer spatial scale is used as starting point, and then the method of local spatial averaging with a weight function is implemented in order to establish the partial differential equations that describe the dynamics of fluid flow and matrix deformation at the coarser (macroscopic) spatial scale. In the special case of a homogeneous medium and under certain other conditions, the derived equations become similar to those which are postulated in the theory of interacting continua (mixture theory) and Biot's theory of poroelasticity. At the vessel level, the contribution of this work is twofold. First, a benchmark problem is developed for the validation of numerical methods used to solve problems that involve interactions between a fluid and a poroelastic material. Specifically, an analytical solution is developed for the problem of plane Couette-Poiseuille flow past a poroelastic layer. Second, a computational study is performed for plane Poiseuille flow past and through a semi-elliptical poroelastic biomaterial, which is attached to the surface of a straight vessel. Fluid flow in the clear fluid region is described by the Navier-Stokes equations, and momentum transfer within the biomaterial is described by the upscaled biphasic equations established in this work. The effect of the Reynolds and Darcy number that characterize the flow past and through the biomaterial, respectively, is investigated for obstacles with different configuration with respect to flow (semicircle, oblate semi-ellipse, prolate semi-ellipse). The distribution of the von Mises stress within the biomaterial is determined and, also, the drag and lift forces exerted by the fluid on the biomaterial are calculated. / Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η θεωρητική και υπολογιστική μοντελοποίηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ ενός Νευτώνειου ρευστού και ενός κυτταρικού βιολογικού υλικού το οποίο βρίσκεται προσκολημμένο στην επιφάνεια ενός αγγείου. Αρχικά παρουσιάζεται μια εκτεταμένη και περιεκτική ανασκόπηση των διαθέσιμων προσεγγίσεων για τη μοντελοποίηση της μεταφοράς ορμής σε κυτταρικά βιολογικά υλικά, συμπεριλαμβανομένων των προσεγγίσεων μιας κλίμακας και μιας φάσης, της θεωρίας ποροελαστικότητας του Biot, της θεωρίας αλληλεπιδρώντων συνεχών, των τεχνικών αλλαγής κλίμακας προς τα άνω, και τέλος, των υπολογιστικών τεχνικών πολλαπλών κλιμάκων χωρις τον ορισμό καταστατικών εξισώσεων. Στην συνέχεια, στο επίπεδο του κυτταρικού βιολογικού υλικού, αναπτύσεται ένα θεωρητικό μοντέλο για την περιγραφή της μεταφοράς ορμής εντός ενός ποροελαστικού υλικού, λαμβάνοντας υπόψη την αλληλεπίδραση μεταξύ του εξωκυτταρικού ρευστού και της στερεής μήτρας που αποτελείται από τα κύτταρα και το δίκτυο εξωκυτταρικών πολυμερών. Ως σημείο εκκίνησης στην μικρότερη κλίμακα παρατήρησης, χρησιμοποιείται μια περιγραφή της μεταφοράς ορμής που βασίζεται σε ένα συνεχές μοντέλο και έπειτα εφαρμόζεται η μέθοδος χωρικής στάθμισης μέσω συνάρτησης βάρους προκειμένου να εξαχθούν οι μερικές διαφορικές εξισώσεις που περιγράφουν την δυναμική της ροής του εξωκυτταρικού ρευστού και της παραμόρφωσης της στερεής μήτρας στην μακροσκοπική κλίμακα. Για την ειδική περίπτωση ενός ομογενούς μέσου και υπό την ισχύ ορισμένων πρόσθετων συνθηκών, οι εξαχθείσες εξισώσεις λαμβάνουν μορφή παρόμοια με αυτή των αντίστοιχων εξισώσεων οι οποίες ισχύουν στην θεωρία αλληλεπιδρώντων συνεχών καθώς και στην θεωρία ποροελαστικότητας του Biot. Στο επίπεδο του αγγείου, η συνεισφορά της παρούσας εργασίας λαμβάνει χώρα σε δύο άξονες. Κατά πρώτον, αναπτύσσεται ένα πρότυπο πρόβλημα το οποίο μπορεί να χρησιμεύσει για την επαλήθευση αριθμητικών μεθόδων που χρησιμοποιούνται για την επίλυση προβλημάτων στα οποία ενέχεται η αλληλεπίδραση ενός ρευστού με ένα ποροελαστικό υλικό. Συγκεκριμένα, εξάγεται μια αναλυτική λύση σε κλειστή μορφή για το πρόβλημα της επίπεδης ροής Couette-Poiseuille μέσα και γύρω από ένα ποροελαστικό στρώμα. Κατά δεύτερον, διεξάγεται μια υπολογιστική μελέτη της επίπεδης ροής Poiseuille μέσα και γύρω από ένα ημιελλειπτικό ποροελαστικό βιολογικό υλικό, το οποίο βρίσκεται προσκολημμένο στην επιφάνεια ενός ευθύγραμμου αγγείου. Στην περιοχή καθαρού ρευστού, η ροή περιγράφεται από τις εξισώσεις Navier-Stokes , ενώ η μεταφορά ορμής εντός του βιολογικού υλικού περιγράφεται με τις εξισώσεις που εξήχθησαν σε αυτή την εργασία μέσω της μεθόδου χωρικής στάθμισης. Η επίδραση των αριθμών Reynolds και Darcy, οι οποίοι χαρακτηρίζουν τη ροή γύρω και μέσα από το βιολογικό υλικό αντίστοιχα, διερευνάται για εμπόδια με διάφορες γωμετρικές διαμορφώσεις (ημικύκλιο, και ημιέλλειψη). Προσδιορίζεται η χωρική κατανομή της τάσης von Mises εντός του βιολογικού υλικού και, επιπρόσθετα, υπολογίζονται η οπισθέλκουσα και η ανυψωτική δύναμη που ασκούνται από το ρευστό στο υλικό.

Στόχος της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι ο σχεδιασμός και υλοποίηση ενός Κρυπτογραφικού Συστήματος με βάση τον Αλγόριθμο κατακερματισμού JH. Ο σχεδιασμός του κρυπτογραφικού αυτού συστήματος έγινε με τη χρήση γλώσσας VHDL (Very High Speed Integrated Circuits hardware description language) και στη συνέχεια η υλοποίηση αυτή έγινε πάνω σε πλατφόρμα FPGA (Field Programmable Gate Array). Ο αλγόριθμος JH είναι ένας αλγόριθμος κατακερματισμού (hash function) ο οποίος σχεδιάστηκε στα πλαίσια του διαγωνισμου κρυπτογραφιας NIST (National Institute of Standards and Technology). Η πρώτη του έκδοση έγινε στις 31 Οκτωβρίου 2008 ενώ η τελική του έκδοση έγινε στις 16 Ιανουαρίου 2011. Ο Αλγόριθμος JH έχει τρεις υποκατηγορίες. Υπάρχει ο JH-224, JH-256, JH-384 και ο JH-512. Βασικό χαρακτηριστικό του αλγορίθμου αυτού είναι το γεγονός πώς οι λειτουργίες που συμβαίνουν σε κάθε γύρο είναι ίδιες. Επίσης σημαντικό γνώρισμα ειναι η ασφάλεια που παρέχει ο αλγόριθμος αυτός καθώς ο μεγάλος αριθμός των ενεργών S-boxes που χρησιμοποιούνται και ταυτόχρονα το γεγονός ότι σε κάθε γύρο χρησιμοποιείται ένα διαφορετικό κλειδι το οποίο παράγεται εκεινη τη στιγμή και δεν ειναι αποθηκευμένο σε ένα σημείο, στο οποίο θα μπορούσε κάποιος να επέμβει, κάνει το σύστημά μας εξαιρετικά δυνατό και ανθεκτικό απέναντι σε επιθέσεις όπως είναι η διαφορική κρυπτανάλυση. Για την εξακρίβωση της ορθής λειτουργίας του συστήματος χρησιμοποιήθηκε μία υλοποίηση του Αλγορίθμου JH σε γλώσσα C. Χρησιμοποιώντας την υλοποίηση αυτή κάθε φορά που θέλουμε να κρυπτογραφήσουμε ένα μήνυμα το οποίο είναι μία σειρά από bit, λαμβάνουμε το κρυπτογραφημένο μήνυμα. Αυτο το κρυπτογραφημένο μήνυμα το συγκρίνουμε με αυτό που παίρνουμε στην έξοδο του συστήματος JH που σχεδιάσαμε και με αυτό το τρόπο επιβεβαιώνουμε την ορθότητα του αποτελέσματος. Ύστερα από την non-pipelined υλοποίηση του συστήματος αυτού, χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της συσωλήνωσης (pipeline). Πιο συγκεκριμένα εγιναν 4 διαφορετικές pipelined υλοποιήσεις με 2,3,6 και 7 στάδια. Σκοπός είναι για κάθε μία pipelined υλοποίηση να γίνει έλεγχος σε θέματα απόδοσης, κατανάλωσης ισχύος καθώς επίσης και σε θέματα επιφάνειας. Στη συνέχεια γίνεται μία σύγκριση στα προαναφερθέντα θέματα μεταξύ των διαφορετικών pipelined υλοποιήσεων και με την non-pipelined υλοποίηση του κρυπτογραφικού συστήματος JH. Επίσης αξίζει να σημειωθεί πώς γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στο throughput και στο throughput per area των pipelined υλοποιήσεων. Από τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν η JH NON PIPELINED υλοποίηση έχει απόδοση 97 MHz με κατανάλωση ισχύος 137mW και συνολική επιφάνεια 2284 slices σε SPARTAN 3E FPGA συσκευή. Ενώ από την ανάλυση της JH NON PIPELINED υλοποίησης και των 4 pipelined υλοποιήσεων σε 4 διαφορετικά FPGA (2 της οικογένειας SPARTAN και 2 της οικογένειας VIRTEX) συμπεραίνουμε πώς στην οικογένεια VIRTEX η κατανάλωση ισχύος είναι πάντα μεγαλύτερη σε σχεση με την οικογένεια SPARTAN. / The purpose of this Thesis Project is the design and implementation of a Cryptographic System using the JH Hash Algorithm. The design of this Cryptographic System was performed using the VHDL language (Very High Speed Integrated Circuits hardware description language) and then this implementation was executed on a FPGA platform (Field Programmable Gate Array).The JH Algorithm is a hash algorithm that was developed during the NIST (National Institute of Standards and Technology) Cryptography Competition. Its first version was released on 31 October 2008 while its last version was released on 16 January 2011. The JH Hash Algorithm has three subcategories. There is JH-224, JH-256, JH-384, and JH-512. Basic characteristic of this Algorithm is the fact that the functions that are executed in each round are identical. Moreover important characteristic is the security that this Algorithm provides us while the big number of active S-Boxes that is used and in the same time the fact that in each round a different key is produced on the fly, and is not stored in a place that a third person could have access, makes our system really strong and resistant to attacks such as the differential attack. To confirm the right functionality of the system the implementation of the JH Algorithm in C Language is used. Using this implementation each time we want to cipher a message, which is a sequence of bits, we get the message digest. This message digest is compared with the message digest that we get from the JH system that we developed with VHDL and in this way we confirm the correctness of the result. After the non pipelined implementation of the JH system the pipeline technique was used. To be more specific 4 different pipelined implementations with 2, 3, 6 and 7 stages were performed. The target was to check the performance, area and power dissipation for each pipelined implementation. Next a comparison was performed between the various pipelined implementations and the non pipelined implementation for the above mentioned issues. In addition to this it is worth to mention that considerable reference is made for throughput and throughput per area for the pipelined implementations. According to the experimental results the JH NON PIPELINED implementation has a performance of 97 MHz, with power dissipation of 137mW and a total area of 2284 Slices on SPARTAN 3E FPGA device. From the JH NON PIPELINED implementation and the other 4 pipelined implementations on 4 different FPGA Devices (2 from the VIRTEX family and 2 from the SPARTAN family) we concluded that the power dissipation is bigger in VIRTEX family devices in comparison to SPARTAN family Devices.

Αρχικά, στο πρώτο μέρος της διπλωματικής εργασίας μελετώνται οι πολυδιάστατες στατιστικές τεχνικές της Διαχωριστικής Ανάλυσης και της Ταξινόμησης δεδομένων, με σκοπό το διαχωρισμό διαφορετικών ομάδων αντικειμένων και τη κατάταξη νέων αντικειμένων σε προκαθορισμένο σύνολο ομάδων με τη χρήση ενός κανόνα, αντίστοιχα. Η διαδικασία κατασκευής και αξιολόγησης των κανόνων Ταξινόμησης βασίζεται στη κανονικότητα των δεδομένων. Ενώ ο σχηματισμός των γραμμικών συναρτήσεων Fisher για το διαχωρισμό των δεδομένων, υποθέτει ίσους πίνακες διασποράς. Στη συνέχεια παρατίθεται παράδειγμα εφαρμογής των δύο παραπάνω στατιστικών τεχνικών μέσω του στατιστικού πακέτου SPSS. Στο δεύτερο μέρος, εξετάζεται η διερευνητική τεχνική της Ομαδοποίησης δεδομένων, όπου στοχεύει στην οργάνωση των τιμών των αντικειμένων σε συστάδες. Έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη ομοιότητα μεταξύ των παρατηρήσεων μέσα σε κάθε ομάδα και η μέγιστη ανομοιότητα μεταξύ των συστάδων, όπου αρχικά θεωρούνται άγνωστες σε αντίθεση με τη Διαχωριστικής Ανάλυση και της Ταξινόμηση όπου θεωρούνται γνωστές. Ο πιο δημοφιλής τρόπος για τον υπολογισμό της ομοιότητας είναι η απόσταση, όμως η εφαρμογή των αλγορίθμων συσταδοποίησης είναι πιο αποδοτικοί για την ομαδοποίηση των δεδομένων. Τέλος, εφόσον οι αλγόριθμοι ομαδοποίησης χωριστούν σε δυο κατηγορίες επιδιώκεται η σύγκριση μεταξύ τους, ως προς την αποτελεσματικότητα τους, με τη χρήση του στατιστικού πακέτου SPSS. / -