Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται περιγραφή του ηλεκτρικού κινητήριου συστήματος της Πατραϊκής Χαρτοποιίας αποτελούμενο από κινητήρες συνεχούς ρεύματος για την παραγωγή χαρτιού "tissue". Επίσης παρουσιάζεται η σχεδίαση συστήματος καταγραφής βλαβών σε περιστρεφόμενες μηχανές μέσω της ανάλυσης φάσματος κραδασμών στο πλαίσιο της εφαρμοσμένης μεθόδου παρακολούθησης κραδασμών της προβλεπτικής συντήρησης. / In the current diploma thesis takes place a description of the electric motor drive system of Patraikh Xartopoiia which consist of direct current machines for the production of tissue type paper. Furthermore the design of damage recording system in rotating motors through vibration analysis is presented in the line of vibration monitoring applied method.

Όπως δηλώνει και ο τίτλος, η παρούσα διπλωματική εργασία διαπραγματεύεται διάφορες τεχνικές για την ανίχνευση του φάσματος σε cognitive radio SIMO συστήματα. Η συμβατική προσέγγιση της διαχείρισης του φάσματος δεν είναι ευέλικτη καθώς με το περισσότερο χρήσιμο τμήμα του ραδιοφάσματος να είναι δεσμευμένο, είναι εξαιρετικά δύσκολο να βρεθούν ελεύθερες συχνότητες για την ανάπτυξη νέων υπηρεσιών ή για τον εμπλουτισμό των ήδη υπαρχόντων, ενώ ταυτόχρονα, διάφορες μετρήσεις έχουν καταδείξει ότι το αδειοδοτημένο φάσμα σπάνια χρησιμοποιείται πλήρως, τόσο ως προς το πεδίο του χρόνου όσο και ως προς το πεδίο του χώρου. Έτσι, η τεχνολογία του Cognitive Radio (Γνωστικά Συστήματα Ραδιοεπικοινωνιών) έρχεται να προσφέρει λύση, κυρίως, στα παραπάνω ζητήματα παρέχοντας δυναμική εκμετάλλευση του φάσματος. Η τεχνολογία του Cognitive Radio έχει προταθεί για μικρότερης προτεραιότητας δευτερεύοντα συστήματα αποσκοπώντας στη βελτίωση της αποδοτικότητας του διαθέσιμου φάσματος μέσω της ανίχνευσής του και επιτρέποντας στα δευτερεύοντα αυτά συστήματα να εκπέμπουν στις μπάντες που εντοπίζονται να μη χρησιμοποιούνται. Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό από τα παραπάνω, η ανίχνευση φάσματος (spectrum sensing) αποτελεί ένα ιδιαιτέρως κρίσιμο θέμα για τα cognitive συστήματα. Για να επιτευχθεί η προσαρμοστική μετάδοση σε αχρησιμοποίητα τμήματα φάσματος, χωρίς να προκαλούνται παρεμβολές στους βασικούς χρήστες αυτών των τμημάτων (Primary Users-PUs), το spectrum sensing αποτελεί το πρώτο και ένα από τα κυριότερα βήματα, καθώς απαιτείται υψηλή αξιοπιστία στην ανίχνευση του σήματος των PUs. Οι δευτερεύοντες χρήστες (Secondary Users-SUs), δηλαδή, θα πρέπει να γνωρίζουν αν το φάσμα χρησιμοποιείται ώστε να αξιοποιήσουν το διαθέσιμο φάσμα με τον πιο αποτελεσματικό τρόπο. Ουσιαστικά, το spectrum sensing εφαρμόζεται για να δώσει στον cognitive χρήστη μια όσο το δυνατόν πιστότερη εικόνα του περιβάλλοντος στο οποίο βρίσκεται. Σκοπό της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη και η ανάπτυξη αλγορίθμων που θα επιτρέπουν στον SU ενός SIMO συστήματος να ανιχνεύει την ύπαρξη φασματικών κενών. Η υλοποίηση που χρησιμοποιήσαμε βασίζεται στη χρήση ενός predictor. Πιο συγκεκριμένα, το σήμα που λαμβάνει ο δέκτης περνά από ένα backward linear predictor από τον οποίο υπολογίζουμε τη διαφορά του προβλεπόμενου σήματος σε σχέση με το πραγματικό, δηλαδή το σφάλμα πρόβλεψης. Αξιοποιώντας κατάλληλα το σφάλμα πρόβλεψης, και πιο συγκεκριμένα τον πίνακα αυτοσυσχέτισης του σφάλματος, μας δίνεται η δυνατότητα να ανιχνεύσουμε αξιόπιστα την ύπαρξη ή την απουσία σήματος, ακόμα και σε θορυβώδη περιβάλλοντα, δηλαδή για χαμηλές τιμές του λόγου σήματος προς θόρυβο. Για τον έλεγχο της απόδοσης των αλγορίθμων που αναπτύξαμε, το παραπάνω σύστημα εξομοιώθηκε σε MATLAB για διάφορες συνθήκες και κανάλια / In the present thesis, we will study spectrum sensing techniques of Cognitive Radio SIMO systems. The conventional approach to spectrum management is not flexible, as most of the useful part of the spectrum is bounded. Hence it is extremely difficult to find free frequencies in order to deploy new services or to enhance the already existing ones. At the same time, various measurements show that the licensed spectrum is heavily underutilized in terms of both the time domain as well as the space domain. Thus Cognitive Radio technology comes to offer solutions, mainly with regard to the issues mentioned above, providing a dynamic utilization of the spectrum. Cognitive Radio has been proposed for lower priority secondary systems intending to improve spectral efficiency through spectrum sensing thus allowing these systems to transmit at frequency bands that are detected to be unused. As we can easily understand from the above, spectrum sensing is a critical issue for cognitive systems. In order to achieve adaptive transmission in unused portions of the spectrum without interferences to the licensed users of these portions (Primary Users-PUs), spectrum sensing is the first and one of the most important steps as high reliability is demanded on PUs' signal detection. That is, Secondary Users (SUs) should know if the spectrum is being used in order to exploit the available spectrum in the most efficient way. Essentially, spectrum sensing is used in order to provide the cognitive user with a representation of its operating environment which is as faithful as possible. The scope of this thesis is the study and the creation of algorithms that will give the SU of a SIMO system the opportunity to detect the existence of spectrum holes. The implementation we used is based on a predictor. More specifically, the received signal passes through a backward linear predictor from which we compute the difference between the actual signal and the predicted signal, which is the prediction error. By properly exploiting the prediction error, more precisely the autocorrelation matrix of the prediction error, we can trustworthily detect the existence or the absence of a signal, even in noisy environments, that is, for low values of the signal-to-noise ratio. In order to test the performance of our algorithms, the system above was simulated by MATLAB for different conditions and channels.

Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η παρουσίαση και η ανάλυση των προβλημάτων που αναπτύσσονται κατά τη σύνδεση φωτοβολταϊκών συστημάτων στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, γίνεται προσομοίωση της συμπεριφοράς ενός τέτοιου συστήματος για διάφορες συνθήκες ηλιακής ακτινοβολίας και γωνίας έναυσης, ώστε να ληφθούν συμπεράσματα σχετικά με τα αρμονικά ρεύματα που προκύπτουν. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή, με αναφορά στην αστείρευτη πηγή ενέργειας, τον ήλιο. Ο άνθρωπος εκμεταλλεύεται την ηλιακή ενέργεια την οποία μετατρέπει σε ηλεκτρική μέσω των φωτοβολταϊκών κυττάρων. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι σημαντικότεροι λόγοι για τους οποίους η φωτοβολταϊκή τεχνολογία έγινε περισσότερο από ποτέ ανταγωνιστική. Επίσης, γίνεται μια αναλυτική περιγραφή του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συνδεδεμένα στο δίκτυο φωτοβολταϊκά συστήματα. Γίνεται μια ιστορική αναδρομή της εξελικτικής τους πορείας, ενώ τέλος παρουσιάζεται ένα τυπικό μοντέλο φωτοβολταϊκού συστήματος, συνδεδεμένου στο δίκτυο. Στο τέταρτο κεφάλαιο αρχίζει η παρουσίαση των προβλημάτων που προκύπτουν κατά τη σύνδεση φωτοβολταϊκών συστημάτων στο δίκτυο. Αρχικά, τα προβλήματα χωρίζονται σε τεχνικά και μη τεχνικά. Τα τεχνικά προβλήματα χωρίζονται με τη σειρά τους σε αυτά που προκύπτουν λόγω της επίδρασης του δικτύου στα συνδεδεμένα φ/β συστήματα και σε αυτά που προκαλούνται από την επίδραση των συνδεδεμένων φ/β συστημάτων προς το δίκτυο. Τα κυριότερα θέματα που αναλύονται αφορούν την ασφάλεια του προσωπικού και των πελατών του δικτύου, την προστασία του εξοπλισμού και των στοιχείων προστασίας και την ποιότητα ισχύος (π.χ διακυμάνσεις τάσης, αρμονική παραμόρφωση και ρεύματα προς γη). Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στο φαινόμενο της νησιδοποίησης, της έγχυσης συνεχούς ρεύματος και των αρμονικών ρευμάτων. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται προσομοίωση της σύνδεσης φ/β συστήματος στο δίκτυο. / The purpose of this diploma thesis is the presentation and analysis problems developed during the connection of photovoltaic systems to the electricity grid. It is a simulation of the behavior such a system for different conditions of solar radiation and firing angle, to take conclusions about the harmony flows arising. The first chapter is an introduction, with reference to the inexhaustible energy source, the sun. The man operating the solar energy which translates into electricity through photovoltaic cells. The second chapter presents the main reasons why Photovoltaic technology has become more competitive than ever. It is a detailed description of the photovoltaic effect. The third section presents the network connected to the photovoltaic systems. An historical overview of the evolutionary process, and finally shows a typical PV system model, related to network. In the fourth chapter begins the presentation of the problems that arise during the photovoltaic systems connected to the network. Initially, the problems are divided technical and non-technical. The technical problems are divided in turn into these resulting from the impact of the network connected to PV systems and to those caused by the influence of associated PV systems network. The main issues discussed related to the safety of staff and customers of the network, protecting equipment and data protection and power quality (eg, voltage fluctuations, harmonic distortion and currents to earth). Particular emphasis is given to the phenomenon of nisidopoiisis of DC injection and harmonic currents. In the fifth chapter of the Association is simulated PV system on the network.

Το πληροφοριακά συστήματα βρίσκουν ολοένα και αυξανόμενες εφαρμογές στο χώρο της υγείας. Μία από αυτές αποτελεί ο Ηλεκτρονικός Φάκελος Υγείας (Η.Φ.Υ), ο οποίος επεκτείνει τον παραδοσιακό ιατρικό φάκελο ασθενή σε δυνατότητες και λειτουργίες. Η παρούσα εργασία ασχολείται με το πεδίο αυτό και συγκεκριμένα με το σχεδιασμό, τη μελέτη και την υλοποίηση ενός Η.Φ.Υ. εξειδικευμένο σε πνευμονολογικές παθήσεις. Η εφαρμογή που θα υλοποιηθεί είναι διαδικτυακή και βασίζεται σε σύγχρονες τεχνολογίες όπως είναι η PHP και η SQL. Περιλαμβάνει τη διαχείριση των πληροφοριών ενός ιατρικού φάκελου αλλά και ένα προηγμένο σύστημα διαχείρισης χρηστών. Παράλληλα δε θα αναλυθούν από θεωρητική σκοπιά όλες οι πτυχές του πεδίου μελέτης, ενώ θα γίνει και μία προσπάθεια επικαιροποίησης στη σημερινή πραγματικότητα στην Ελλάδα. / The Information Systems can find more and more application in the field of Health. One of these applications is the Electronic File of Medicine (EFM) which expands the traditional file of Medicine in the abilities and the operations for each patient. This project has been written for this item and specifically for the planning, the studying and the creating of a new Electronic File of Medicine expert in pneumonologic diseases. This application which is going to be created is network-based and based on modern technologies such as the PHP and SQL. This application includes the information management for a file of Medicine and the previous User Management System.

H Ενοποιημένη Γλώσσα Μοντελοποίησης (Unified Modeling Language) αποτελεί την πρότυπη και πλέον δημοφιλή γλώσσα για την οπτικοποίηση, προσδιορισμό, ανάπτυξη και τεκμηρίωση συστημάτων λογισμικού και όχι μόνο. Η πλούσια γραφική σημειολογία της UML σε συνδυασμό με τις δυνατότητες μοντελοποίησης που παρέχει, την καθιστούν ικανή να χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη ενσωματωμένων συστημάτων. Ωστόσο, στα ενσωματωμένα συστήματα, αλλά και γενικότερα σε συστήματα συγκεκριμένου πεδίου υπάρχουν κάποιοι επιπλέον παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Οι επεκτάσεις της UML δίνουν τη δυνατότητα αναπαράστασης των βασικών χαρακτηριστικών των ενσωματωμένων συστημάτων. Επιπλέον, παρέχουν νέες μεθόδους σχεδιασμού που επιτρέπουν τον διαμερισμό εφαρμογής και αρχιτεκτονικής, για ένα πιο αποδοτικό και επαναχρησιμοποιήσιμο σύστημα. Στην παρούσα εργασία μελετώνται τα βασικά στοιχεία της UML καθώς και η χρήση της στην ανάπτυξη ενσωματωμένων συστημάτων. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τη UML μοντελοποιείται και αναπτύσσεται η εφαρμογή ελέγχου ενός συστήματος γραμμής παραγωγής, του Festo MPS. Επιπλέον, αναπτύσσεται και υλοποιείται εφαρμογή εξομοίωσης του φυσικού συστήματος Festo MPS για την επιβεβαίωση της σωστής λειτουργίας της εφαρμογής ελέγχου. / The Unified Modeling Language (UML) constitutes the most popular standardized language for visualizing, specifying and documenting all the artefacts of a software system. Its rich graphical notation, in combination with the modelling facilities it provides, makes it possible for UML to be used in the development of embedded systems. However, in embedded system design, as well as in specific domain problems, there are some additional factors that should be taken into consideration. The extensions of UML provide the opportunity for representing the basic features of embedded systems. In addition, these extensions provide new design methods which allow the separation of the application from the architecture, leading to a more efficient and reusable system. At this thesis the basic elements of UML as well as its use in the development of embedded systems are studied. Moreover, using UML, the control application of a linear production system, Festo MPS is modelled and developed. Finally, a simulator application of the physical system Festo MPS is developed, in order to verify that the constructed control application works properly.

Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας, δημιουργήθηκε ένα τραπεζικό έμπειρο σύστημα (ΤΕΣ) για την αξιολόγηση πελατών και εύρεση κατάλληλου δανείου, ανάλογα με τις απαιτήσεις του πελάτη. Τα δάνεια που διαπραγματεύεται το ΤΕΣ δεν αφορούν μόνο μία, αλλά περισσότερες τράπεζες, ώστε το σύστημα να μπορεί να χαρακτηριστεί διατραπεζικό. Για την επίλυση του προβλήματος και την υλοποίηση του (ΤΕΣ), χρησιμοποιήθηκαν 2 τρόποι. Κατ’ αρχήν υλοποιήθηκε στο Fuzzy Clip, ένα εργαλείο ανάπτυξης ευφυών συστημάτων, που χρησιμοποιεί ασαφής κανόνες για την αναπαράσταση γνώσης. Ηχρήση ασάφειας ήταν ταιριαστή , καθώς αρκετές απο τι παραμέτρους μπορούσαν να θεωρηθούν ώς τετοιες. Στο δεύτερο τρόπο χρησιμοποιήθηκαν εμπειρικά δεδομένα, δηλ. συγκεκριμένες περιπτώσεις δανειοληπτών, για την δημιουργία του ΤΕΣ. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο HYMES (Hybrid Modular Expert System), ένα εργαλείο που χρησιμοποιεί υβριδικούς κανόνες για αναπαράσταση γνώσης, των νευροκανόνων. Οι νευροκανόνες συνδυάζουν νευρωνικά δίκτυα και συμβολικούς κανόνες και παράγονται από εμπειρικά δεδομένα. Τέλος έγινε συγκριση των δυο συστημάτων με βάση τρεις μετρικές που χρησημοποιούνται σ’ αυτές τις περιπτώσεις. / In the framework of this senior project, a banking intelligent system (BIS)has been developed which is suitable for the customers evaluation and the finding of the appropriate loan according to the customer’s demands. The loans that the (BIS) has been developed which is suitable for the customers evaluation and the finding of the appropriate loan according to the customer’s demands. The loans that the BIS treats, concern more than one bank so that for the system to be characterized as a multi- banking system. For the solution of the problem and the implementation of the BIS, two methods have been used. Firstly, the Fuzzy Clips was developed, which is a tool that is used to form intelligent systems and used fuzzy rules to represent knowledge. The usage of the indefiniteness was done successfully since many of the parameters used could be considered as fuzzy. In the second method, experiential data have been used in order to create the BIS. This means that data have been used in order to create the BIS. This means that specific real cases of loan receiving were taken in mind. For this purpose, the HYMES (Hybrid Modular Expert System) was used which is a tool that used Hubrid rules to represent knowledge. These rules are known as neurotic rules, they combine neuronal net and symbolic rules and they are derived from experiential data. Finally, a comparison of the above two systems was made based on three metrics that are used in those occasions.

Τα κρυπτογραφικά συστήματα που βασίζονται στις ελλειπτικές καμπύλες, αποτελούν ένα πολύ σημαντικό κομμάτι της κρυπτογραφίας δημόσιου κλειδιού και τα τελευταία χρόνια όλο και περισσότεροι επιστήμονες ασχολούνται με τη μελέτη τους. Το πλεονέκτημα των συστημάτων αυτών σε σχέση με τα συμβατικά κρυπτογραφικά συστήματα (π.χ. RSA) είναι ότι χρησιμοποιούν μικρότερες παραμέτρους και κλειδιά, προσφέροντας τα ίδια επίπεδα ασφάλειας. Για το λόγο αυτό, τα κρυπτογραφικά συστήματα ελλειπτικών καμπυλών προτιμούνται σε συσκευές περιορισμένων πόρων, όπως οι έξυπνες κάρτες (smart cards) και τα κινητά τηλέφωνα. Ένα από τα πιο θεμελιώδη προβλήματα στα κρυπτογραφικά συστήματα ελλειπτικών καμπυλών, είναι η γένεση ελλειπτικών καμπυλών, κατάλληλων να προσφέρουν την ασφάλεια που απαιτείται από τις κρυπτογραφικές εφαρμογές. Η πιο αποδοτική μέθοδος γένεσης ελλειπτικών καμπυλών, ορισμένων πάνω σε πρώτα, πεπερασμένα σώματα, είναι η μέθοδος του Μιγαδικού Πολλαπλασιασμού ή εν συντομία η μέθοδος CM. Η μέθοδος αυτή απαιτεί την εύρεση των ριζών ορισμένων πολυωνύμων, που ονομάζονται πολυώνυμα κλάσεως. Τα πολυώνυμα που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι τα πολυώνυμα Hilbert και τα πολυώνυμα Weber. Τα πρώτα μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα στη μέθοδο CM, αλλά η κατασκευή τους είναι πολύ χρονοβόρα. Από την άλλη, τα πολυώνυμα Weber κατασκευάζονται πολύ πιο αποδοτικά αλλά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα στη μέθοδο CM. Για να γίνει αυτό, πρέπει οι ρίζες τους να μετασχηματιστούν στις ρίζες των αντίστοιχων πολυωνύμων Hilbert. Η παρούσα διδακτορική διατριβή στοχεύει σε τρεις κύριες κατευθύνσεις. Η πρώτη αφορά στη βελτίωση της απόδοσης της στη μεθόδου CM και στην εισαγωγή σε αυτή των πολυωνύμων Weber. Η δεύτερη, στην κατασκευή ελλειπτικών καμπυλών πρώτης τάξης. Η χρήση αυτών των ελλειπτικών καμπυλών εγγυάται τη σθεναρότητα των συστημάτων που τις χρησιμοποιούν απέναντι σε όλες τις πιθανές επιθέσεις. Η τρίτη αφορά στη δημιουργία μιας βιβλιοθήκης λογισμικού που να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περιβάλλοντα περιορισμένων πόρων και η οποία να περιλαμβάνει όλους τους αλγορίθμους και τα πρωτόκολλα που απαιτούνται για την κατασκευή ενός ολοκληρωμένου κρυπτογραφικού συστήματος ελλειπτικών καμπυλών. Η πρώτη συνεισφορά της παρούσας διδακτορικής διατριβής αφορά σε μια νέα παραλλαγή της μεθόδου CM, η οποία βασίζεται στα πολυώνυμα Weber. Παρουσιάζεται το σύνολο των μετασχηματισμών των ριζών τους στις ρίζες των αντίστοιχων πολυωνύμων Hilbert και δίνεται ένα θεωρητικό άνω φράγμα για την ακρίβεια που απαιτείται για την κατασκευή τους. Επιπλέον, παρουσιάζεται μια εκτενής πειραματική μελέτη, με την οποία συγκρίνεται η χρήση των πολυωνύμων Hilbert με αυτή των πολυωνύμων Weber στη μέθοδο CM, καταδεικνύοντας τα πλεονεκτήματα των τελευταίων. Πειραματικά αποτελέσματα επίσης, αποδεικνύουν ότι το άνω φράγμα της ακρίβειας κατασκευής των πολυωνύμων Weber που παρουσιάστηκε στη διδακτορική διατριβή, είναι πολύ κοντά στην πραγματική ακρίβεια που απαιτείται για την κατασκευή τους. Η δεύτερη συνεισφορά αφορά στην κατασκευή ελλειπτικών καμπυλών πρώτης τάξης. Στην περίπτωση αυτή, αποδεικνύεται ότι τα πολυώνυμα Weber έχουν τρεις φορές μεγαλύτερο βαθμό από τον βαθμό των αντίστοιχων πολυωνύμων Hilbert, και μάλιστα τα συγκεκριμένα πολυώνυμα δεν έχουν ρίζες στα πρώτα πεπερασμένα σώματα (F_p), αλλά σε μια επέκτασή τους (F_{p^3}). Επιπλέον, παρουσιάζονται οι μετασχηματισμοί των ριζών των πολυωνύμων Weber (που ανήκουν τώρα στο F_{p^3}) στις ρίζες των αντίστοιχων πολυωνύμων Hilbert (που ανήκουν στο F_p). Ορίζονται επίσης κάποια νέα πολυώνυμα κλάσεως και μέσω μιας εκτενούς πειραματικής μελέτης συγκρίνεται η χρήση τους στη μέθοδο CM με αυτή των πολυωνύμων Weber, αποδεικνύοντας ότι ανάλογα με τις απαιτήσεις κάθε συστήματος, πρέπει να επιλέγεται διαφορετική κλάση πολυωνύμων. Επιπλέον, αναλύεται η αποδοτικότητα ενός σημαντικού βήματος της μεθόδου χρησιμοποιώντας τέσσερις διαφορετικούς αλγορίθμους και αποδεικνύεται ότι ο αλγόριθμος που προτείνεται στη διδακτορική διατριβή είναι ο δεύτερος καλύτερος ως προς τον χρόνο, αλλά έχει λιγότερες απαιτήσεις χώρου από τον γρηγορότερο. Τέλος, όσον αφορά στον τρίτο στόχο που τέθηκε στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής, παρουσιάζεται η υλοποίηση μιας βιβλιοθήκης λογισμικού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη κρυπτογραφικών συστημάτων ελλειπτικών καμπυλών σε περιβάλλοντα περιορισμένων πόρων. Η βιβλιοθήκη είναι οργανωμένη σε διάφορα, καθαρά διαχωρίσιμα μεταξύ τους τμήματα, έτσι ώστε να μπορεί έυκολα να τροποποιηθεί ανάλογα με τις ανάγκες και τις απαιτήσεις κάθε χρήστη. / Elliptic curve cryptography (ECC) has gained an increasing popularity over the years, as it emerges as a fundamental and efficient technological alternative for building secure public key cryptosystems. This stems from the fact that elliptic curves (ECs) give rise to algebraic structures that offer a number of distinct advantages (smaller key sizes and highest strength per bit) over more customary algebraic structures used in various cryptographic applications (e.g., RSA). These characteristics make ECC suitable for software as well as for hardware implementations. The latter is of particular importance, since (under certain circumstances) it involves devices with limited resources such as cell phones and Smartcards. One of the fundamental issues in ECC is the generation of elliptic curves suitable for use in various cryptographic applications. The most efficient method for generating elliptic curves over prime fields is the {\em Complex Multiplication} (CM) method. This method requires the use of the roots of certain polynomials, called class polynomials. The most commonly used polynomials are the {\em Hilbert} and {\em Weber} ones. The former can be used to generate directly the elliptic curve, but they are characterized by high computational demands. The latter have usually much lower computational requirements, but they do not construct directly the desired elliptic curve. This can be achieved if one provides transformations of their roots to the roots of the corresponding Hilbert polynomials. The goals of this PhD thesis are the following: (i) to improve the CM method by incorporating in it Weber polynomials; (ii) to provide an efficient method for the generation of prime order ECs; and (iii) to develop a flexible and portable software library that will include all the necessary primitives and protocols required for the construction of an elliptic curve cryptosystem, especially in resource limited environments. The current thesis makes a host of new contributions towards the goals set above. In particular, to address the first goal, we present a variant of the CM method that generates elliptic curves of cryptographically strong order. Our variant is based on the computation of Weber polynomials. We present in a simple and unifying manner a complete set of transformations of the roots of a Weber polynomial to the roots of its corresponding Hilbert polynomial for all values of the discriminant. In addition, we prove a theoretical upper bound of the precision required for the computation of Weber polynomials for all values of the discriminant. We present an extensive experimental assessment of the computational efficiency of the Hilbert and Weber polynomials along with their precision requirements for various discriminant values and we compare them with our theoretical bounds. Our experiments show the superiority of Weber polynomials and that the actual precision requirements for the construction of these polynomials are close to the theoretical estimate we provide. To address the second goal, we consider the use of a new variant of the CM method for the construction of {\em prime order} elliptic curves. The Weber polynomials that are used for the construction of prime order elliptic curves have degree three times larger than the degree of their corresponding Hilbert polynomials. We show that, these Weber polynomials do not have roots in the field $\mathbb{F}_p$, but do have roots in the extension field $\mathbb{F}_{p^3}$. We present a set of transformations for mapping roots of Weber polynomials in $\mathbb{F}_{p^3}$ to the roots of their corresponding Hilbert polynomials in $\mathbb{F}_p$. We also show how a new class of polynomials, with degree equal to their corresponding Hilbert counterparts (and hence having roots in $\mathbb{F}_p$), can be used in the CM method to generate prime order elliptic curves. We compare experimentally the efficiency of using this new class against the use of the aforementioned Weber polynomials and show that the type of polynomial that one should use depends on the particular application. We further investigate the time efficiency of the new CM variant under four different implementations of a crucial step of the variant and demonstrate the superiority of two of them. Finally, we present an implementation of an elliptic curve cryptographic library, which includes not only the aforementioned algorithms, but also several cryptographic protocols. We provide a fully-equipped library of portable source code with clearly separated modules that allows for easy development of EC cryptographic protocols, and which can be readily tailored to suit different requirements and user needs. The small size of the library makes it appropriate for use in resource limited devices.

Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την ανάπτυξη μιας καινοτόμου μεθοδολογίας για την βελτιστοποίηση τόσο του σχεδιασμού όσο και της λειτουργίας βιομηχανικών εγκαταστάσεων. Η μεθοδολογία αυτή βασίζεται στη χρήση δυο μεθόδων Τεχνητής Νοημοσύνης (Έμπειρων Συστημάτων και Γενετικών Αλγόριθμων) για τη δημιουργία ενός λογισμικού το οποίο λαμβάνοντας από το χρήστη στοιχεία σχετικά με τα κριτήρια σχεδιασμού (ή ανασχεδιασμού) μιας διεργασίας καθώς και για τις συνθήκες λειτουργίας της θα εξαγάγει τόσο τις βέλτιστες διαθέσιμες τεχνολογίες για τη διεργασία αυτή όσο και τις βέλτιστες συνθήκες λειτουργίες των επιλεχθεισών τεχνολογιών. Προκειμένου να λειτουργήσει η αναπτυχθείσα μεθοδολογία πέρα από τα στοιχεία τα οποία παρέχει ο χρήστης είναι απαραίτητη η ύπαρξη μιας βάσης δεδομένων η οποία θα περιέχει τις διαθέσιμες τεχνολογίες οι οποίες είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν για τη συγκεκριμένη διεργασία, δηλαδή όλα τα τμήματα εξοπλισμού που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διεργασία αυτή. Οι βέλτιστες διαθέσιμες τεχνολογίες, τις οποίες η μεθοδολογία επιλέγει από αυτή τη βάση δεδομένων, είναι τα τμήματα του εξοπλισμού εκείνα τα οποία πληρούν με τον καλύτερο δυνατό τρόπο τα κριτήρια σχεδιασμού της διεργασίας. Για την εύρεση των βέλτιστων τεχνολογιών για μια διεργασία για κάθε διαθέσιμη τεχνολογία πρέπει να λαμβάνονται υπόψη και τα εκτιμώνται: τεχνικά κριτήρια όπως τα όρια λειτουργίας της, η ολοκλήρωσή της στη διεργασίας (δηλαδή η διασύνδεσή της με άλλες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στην ίδια διεργασία), οικονομικά κριτήρια όπως το κόστος εγκατάστασης, το κόστος λειτουργίας, ή / και το κόστος συντήρησης, περιβαλλοντικά στοιχεία όπως οι εκπομπές ρύπων, παραπροϊόντα. Η απαίτηση για ταυτόχρονη ικανοποίηση όλων αυτών των κριτηρίων καθιστά την εύρεση των βέλτιστων διαθέσιμων τεχνολογιών ένα περίπλοκο πρόβλημα για την επίλυση του οποίου απαιτείται εξειδικευμένη γνώση. Στην αναπτυχθείσα μεθοδολογία η γνώση αυτή καταχωρείται με κατάλληλο τρόπο στο σύστημα και κατά συνέπεια με τη χρήση του είναι δυνατόν ακόμη μη εξειδικευμένα άτομα να βρουν τις βέλτιστες διαθέσιμες τεχνολογίες (και τις βέλτιστες παραμέτρους λειτουργίας του). Η αναπτυχθείσα μεθοδολογία εφαρμόστηκε σε τρία προβλήματα ανασχεδιασμού του συστήματος συμπαραγωγής ενέργειας ενός διυλιστηρίου. Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις εφαρμογές αυτές γίνεται φανερό ότι η μεθοδολογία καταλήγει σε βέλτιστες λύσεις του προβλήματος για τις εκάστοτε συνθήκες και ότι ο αλγόριθμος της μεθοδολογίας είναι ιδιαίτερα εύρωστος υπό την έννοια ότι η σύγκλισή του δεν επηρεάζεται από τις τιμές των παραμέτρων που χρησιμοποιούνται για την εκτέλεσή του. / The thesis at hand deals with the development of a novel methodology for the optimisation of both the design and the operation of industrial plants. The methodology is based on two Artificial Intelligence techniques (Expert Systems and Genetic Algorithms) for the development of a software which, given from the user data related to the design criteria of the process, as well as the conditions of operation of the process, it will output both the best available technologies for that process as well as the optimal working conditions of the selected technologies. Apart from the data provided from the user, the methodology requires also a database which should contain the available technologies which can be used for the process at hand. These technologies are the various components of the equipment which can be used for the process. The best available technologies which are selected by the methodology from the database are those components which satisfy in the best possible way the design criteria. For the identification of the best technologies for a process the methodology assess (for each of the available techonologies): technical criteria such range of operation, its integration to the whole process (i.e. its connectivity with other technologies used in the process), financial criteria such as the cost of installation, the cost of operation and or the cost of maintenance, environmental criteria such as emissions of various pollutants, side products etc. The requirement of the simultaneous satisfaction of these criteria makes the identification of the best available technologies a complex problem which requires specific knowledge (expertise) in order to be solved. In the developed methodology this specific knowledge (expertise) is stored in a proper way in the system and therefore it is possible that even not-expert users of the system to identify the best available technnologies (and the best working conditions of the selected technologies). The developed methodology was applied to three problems of re-design of the cogeneration plant of a refinery. From the results obtain from these applications it is evident that the methodology converges to near optimal solutions for the criteria set each time and that the algorithm of the methodology is robust since its convergence is not affected by the value set for the algorithm's parameters during each of the runs.

Πολλά συστήματα πολλαπλών διαμεσολαβητών είναι εμπνευσμένα από διάφορες κοινωνίες εντόμων, τα οποία συλλογικά πετυχαίνουν διάφορους στόχους οι οποίοι είναι αδύνατο να επιτευχθούν σε ατομικό επίπεδο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, κινητήρια δύναμη στην «συνεργασία» και τη συλλογικότητα των εντόμων είναι η στιγματική συμπεριφορά (stigmergy). Ο όρος αυτός χρησιμοποιείται στη βιολογία για να περιγράψει τον τρόπο επίδρασης αλλαγών στο περιβάλλον που προέκυψαν από μια παρελθοντική συμπεριφορά κάποιων κοινωνικών εντόμων στην συμπεριφορά ατόμων της ίδιας ομάδας. Χαρακτηριστικά παραδείγματα από τη φύση βρίσκουμε σε κάποια είδη μυρμηγκιών με τον τρόπο αναζήτησης τροφής και τη δημιουργία διαδρομών μεταξύ φωλιάς και πηγών τροφής ή την κατασκευαστική διαδικασία των τερμιτών. Αν και η έννοια αυτή είναι άρρητα συνδεδεμένη με την έκκριση μιας η περισσοτέρων χημικών ουσιών (στίγματα) για την έμμεση επικοινωνία μεταξύ ατόμων μιας κοινωνίας εντόμων, έχει εφαρμοστεί σε διαφορετικούς τομείς της επιστήμης των υπολογιστών. Αν και ένα μέρος του κλάδου της τεχνητής ζωής ασχολείται με μια ένα- προς -ένα αντιστοίχηση του έμμεσου αυτού τρόπου επικοινωνίας σε ομάδες ρομπότ που λειτουργούν στον πραγματικό κόσμο με την έκκριση κάποιας αντίστοιχης ουσίας, μεγάλο επιστημονικό ενδιαφέρον υπάρχει για την αναγωγή της έννοιας και της λειτουργίας της στιγματικής συμπεριφοράς στον ψηφιακό κόσμο: Η έννοια των ψηφιακών φερορμονών ή των στιγματικών πακέτων συναντάται, κυρίως σε αντίστοιχους αλγορίθμους δρομολόγησης πακέτων σε ένα δίκτυο κόμβων. Όσο αφορά στην ένα -προς- ένα αντιστοίχηση μηχανισμών σε συστήματα διαμεσολαβητών που λειτουργούν αναλογικά (αισθητήρες) στον πραγματικό κόσμο υπάρχουν περιπτώσεις όπου ενώ ένας στιγματικός μηχανισμός που εμφανίζεται στη φύση φαινομενικά βοηθά στην αντιμετώπιση του προβλήματος που το σύστημα καλείται να αντιμετωπίσει. Η υλοποίηση όμως ενός τέτοιου μηχανισμού μπορεί να είναι ανέφικτη λόγω τεχνικών ή / και οικονομικών λόγων. Ένας προτεινόμενος τρόπος αντιμετώπισης του προβλήματος αυτού είναι η αντιστοίχηση (προσέγγιση) ενός τέτοιου μηχανισμού με ένα μηχανισμό επικοινωνίας ο οποίος θα προσφέρει αντίστοιχα αποτελέσματα χωρίς επιπλέον ή με το μικρότερο κόστος. Για το σκοπό αυτό μπορεί να γίνει χρήση της τεχνολογίας μεταφοράς αναλογικών (π.χ ήχος, φως) ή ψηφιακών σημάτων (π.χ πακέτα δεδομένων). Πόσο στιγματικός όμως είναι μια ένας τρόπος επικοινωνίας μέσω μηνυμάτων, και ποιες είναι οι παραδοχές για κάτι τέτοιο; Μπορεί να υπάρξει αντιστοίχηση της επικοινωνίας (μέσω φερορμονών) που εμφανίζεται στη φύση με κάποιο τρόπο (ασύρματης) επικοινωνίας ο οποίος να μπορεί να εφαρμοστεί σε διαμεσολαβητές περιορισμένων δυνατοτήτων? Η αντιστοίχηση μπορεί να αξιολογηθεί με ποιοτικά κριτήρια όπως η εμφάνιση ή όχι μιας επιθυμητής συμπεριφοράς του συστήματος. Στη διπλωματική αυτή διατριβή παρουσιάζεται ένα μοντέλο ψηφιακής επικοινωνίας το οποίο θεωρητικά αντιστοιχεί στην ποιοτική στιγματική συμπεριφορά ενός συστήματος διαμεσολαβητών. Επιπλέον, εισάγονται δυο μετρήσιμα κριτήρια αξιολόγησης βάση των οποίων μπορεί να γίνει σύγκριση διαφορετικών τρόπων επικοινωνίας. Τα κριτήρια αυτά προκύπτουν από τη μοντελοποίηση μιας κοινής πλατφόρμας – συστήματος διαμεσολαβητών για ένα συγκεκριμένο σενάριο λειτουργίας. Αφού πραγματοποιήθηκαν τρεις σειρές εξομοιώσεων, προέκυψε ότι το σύστημα με χρήση ψηφιακής επικοινωνίας μπορεί να επιτύχει αυτοοργανωτική συμπεριφορά αντίστοιχη με τη συμπεριφορά όταν χρησιμοποιείται στιγματική επικοινωνία ή καμία επικοινωνία. Παρόλα αυτά, η απόδοση του συστήματος βάση των κριτηρίων αξιολόγησης δεν ήταν καλύτερη για τις περισσότερες εξομοιώσεις, κάτι που δεν ήταν θεωρητικά αναμενόμενο. Τέλος, τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων οδηγούν σε διάφορα συμπεράσματα τα οποία πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στη μελέτη τέτοιων συστημάτων. / Multiagent systems are inspired from insect societies, which collectively achieve different targets, each of is impossible to complete by an individual. In most cases, the driving force to insect “cooperation” and collectiveness is stigmergic behavior. This concept is used in biology to describe the way that environmental changes that occur as a result of a behavior of some social insects, affects the behavior of individuals of the same species. A prominent nature –based example is found in some ant species, where individuals use pheromones during food acquisition, creating different routes between the nest and several food sources. Another example is the termite nest building process. Stigmergy is associated to the emission of one or several chemical substances (stigmata), so as to achieve forms of indirect communication between individuals of a society, although, this concept has been used in different sections of the Computer Science. While much effort is done from the Artificial Life discipline to achieve a one-to-one equivalence of this indirect form of communication into groups of robots that operate in the real world by emitting a pheromone-alike substance, there is much interest in converting this stigmergic behavior to the digital world. The concept of digital pheromones (or stigmergic packets) is met in relative network routing algorithms. Staying on the one-to-one equivalence, there are cases and situations where a proposed stigmergic mechanism can be applied in a multiagent system, where each individual is operating using sensors and actuators inside the real world. However, the implementation of such a mechanism may be unfeasible because of technical, technological or economic reasons. A suggestion to counterattack this limitation is to approximate the stigmergic solution using a different communication mechanism, which may combine feasible, low cost implementation with corresponding to the stigmergic mechanism results. To achieve that, analog (eg light, sound) or digital (data packets) signals may be used. The question is, by using these new concepts, the mechanism of communication is classified as stigmergic and, if yes, are there any admissions? Is there any digital communication analog to the stigmergic communication which may be used to robotic and limited agents? This hypothetical equivalent can be evaluated using qualitative measures like the relevance (or absence) of a desired system behavior In this master thesis, I use a digital communication model which is theoretically assumed to be relative to the quantitative stigmergic behavior of a multiagent system. Additionally, two measurable evaluation criteria are introduced. By using these criteria, different mechanisms of communication may be compared to each other. These criteria result from the modeling of the common platform-multiagent system for a particular scenario of operation. By performing three different series of simulation, there was demonstrated that by using digital communication, the system achieves self organizing behavior relative to the behavior of the same system, using stigmergic or no form of communication. Still, the system performance (according to the introduced evaluation criteria) was not better for most cases of simulations, as it may be expected. Finally, the results lead to several conclusions that must be taken under consideration and further attention for the study of swarm intelligence based systems.

Στη συγκεκριμένη Διατριβή μελετήσαμε την ανάλυση ευστάθειας υβριδικών δυναμικών συστημάτων τα οποία έχουν μοντελοποιηθεί με Διαφορικά Δίκτυα Petri. Τα αποτελέσματα που προτείναμε για την ανάλυση ευστάθειας χρησιμοποιούν Γραμμικές Ανισότητες Πινάκων γεγονός που τις καθιστά υπολογιστικά επιλύσιμες. Προτείναμε επίσης μια μεθοδολογία σχεδίασης ευσταθών υβριδικών συστημάτων. Χρησιμοποιήσαμε το μοντέλο Διαφορικά Δίκτυα Petri για την μοντελοποίηση δικτυακών υβριδικών συστημάτων. Προτείναμε επίσης συνθήκες ευστάθειας για διακοπτικά χρονικά καθυστερούμενα συστήματα. / In this thesis we study stability for hybrid dynamical systems modelled by Differential Petri Nets.Our stability results are formulated as Linear Matrix Inequalities in order to be computational solvable. A methodology for stabilization of hybrid dynamical systems is also introduced. The notion of Networked Hybrid System is also introduced and the model of Differential Petri Net is proposed for modelling. Stability results for switched time-dealy systems are also proposed.