Search

Το Bluetooth είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία για ασύρματες επικοινωνίες σε προσωπικό και τοπικό επίπεδο. Ένα Bluetooth scatternet αποτελείται από επικαλυπτόμενα piconets το καθένα από τα οποία αποτελείται από ένα μικρό αριθμό συσκευών οι οποίες μοιράζονται το ίδιο κανάλι. Η παρούσα πτυχιακή εργασία έχει ως στόχο την ανάλυση της λειτουργίας της εφαρμογής Bluetooth Chat για την πλατφόρμα Android. Ο σκοπός της εφαρμογής είναι η ελεύθερη επικοινωνία δυο συσκευών, οι οποίες χρησιμοποιούν το λειτουργικό σύστημα Android, μέσω της τεχνολογίας Bluetooth. Η λειτουργία του Bluetooth γίνεται με τις ραδιοσυχνότητες και χρησιμοποιεί τη ζώνη των ραδιοσυχνοτήτων των 2.4 GHz η οποία έχει παγκοσμίως καθιερωθεί για να χρησιμοποιείται από τη βιομηχανική, επιστημονική και ιατρική κοινότητα (ISM - Industrial, Scientific, Medicine) ελεύθερα, χωρίς αδειοδότηση. Η ζώνη των συχνοτήτων ISM έχει εύρος 83.5MHz και είναι διαθέσιμη στις συσκευές ανεξάρτητα από τη γεωγραφική θέση στην οποία βρίσκονται. Το θεωρητικό μέρος της παρούσας εργασίας ασχολείται με την πλατφόρμα Android, την αρχιτεκτονική και το περιβάλλον ανάπτυξης της καθώς και τα χρησιμοποιούμενα εργαλεία στην ανάπτυξη της εφαρμογής για κινητά. Τα σημαντικά στοιχεία και οι διαδικασίες της ανάπτυξης της Android εφαρμογής περιγράφονται στην ανάπτυξη της διαδικασίας. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας, αναφέρονται γενικές πληροφορίες για την αρχιτεκτονική, τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τις ιδιαιτερότητες της τεχνολογίας Bluetooth. Το δεύτερο κεφάλαιο περιέχει στοιχεία σύγκρισης της παραπάνω τεχνολογίας με άλλες συναφείς τεχνολογίες που έχουν αναπτυχθεί στο χώρο των ασύρματων τεχνολογιών και παρουσιάζει τη θέση που κατέχει σήμερα η τεχνολογία αυτή στην αγορά αλλά και τις προσδοκίες του εμπορικού κόσμου για την μελλοντική της εξέλιξη. Επιπλέον δίνεται μία ερμηνεία για το πως κατάφερε να σκαρφαλώσει στην αγοραστική θέση που βρίσκεται σήμερα η υπό εξέταση τεχνολογία.Στο τρίτο κεφάλαιο της εργασίας αναφέρονται γενικές πληροφορίες για την αρχιτεκτονική του λειτουργικού συστήματος Android καθώς και το γεγονός επικράτησης του στην αγορά έναντι των άλλων τεχνολογιών. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη αναφορά στην αρχιτεκτονική μιας εφαρμογής Android και στα δομικά στοιχεία που την απαρτίζουν. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναφέρονται οι απαιτήσεις τόσο στο υλικό (hardware) όσο και στο λογισμικό (software) για την ανάπτυξη της εφαρμογής αυτής. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται ακόμη οι δυσχέρειες και τα προβλήματα που προέκυψαν και πως αυτά αντιμετωπίστηκαν. Το έκτο κεφάλαιο περιέχει τα UML διαγράμματα που αναπτύχθηκαν πριν την υλοποίηση και την κωδικοποίηση της εφαρμογής. Ακόμη παρουσιάζονται σταδιακά τα βήματα της ανάλυσης και της σχεδίασης που οδήγησαν στην ανάπτυξη αυτού του κώδικα. Το έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζει την υλοποίηση του κώδικα της εφαρμογής σε ορισμένα βασικά σημεία όπως: α) ο τρόπος επίτευξης της ασύρματης σύνδεσης μέσω Bluetooth, β) η αποστολή και λήψη μηνυμάτων, γ) η αποθήκευση (ή όχι) των μηνυμάτων αυτών σε δύο βάσεις sqLite, δ) η αναζήτηση παλαιότερων μηνυμάτων από τη βάση δεδομένων και η διαγραφή τους από τη βάση. Στο κεφάλαιο ακόμη παρουσιάζεται η λειτουργία της εφαρμογής και απεικονίζονται οι οθόνες των συσκευών κατά τη λειτουργία αυτή. Τέλος γίνεται μία επισκόπηση της διπλωματικής εργασίας και κατατίθενται τα συμπεράσματα που συνάχθηκαν κατά τη διάρκεια της εκπόνησης της., Bluetooth is a promising technology for personal/local area wireless communications. A Bluetooth scatternet is comprised of overlapping piconets, each comprising a small number of devices that share the same channel. This thesis aims to analyze the operation of Bluetooth Chat application used in the Android platform. The purpose of the application is to establish via Bluetooth technology the free communication between two devices that use the Android operating system. The Bluetooth function is done with the radio frequency and uses the radio frequency band of 2.4 GHz which has a worldwide established for use by industrial, scientific and medical community (ISM - Industrial, Scientific, Medicine) freely, without authorization.The theoretical part of this paper examines the Android platform, its architecture and development environment as well as the tools used in the Android mobile application development. The key elements and procedures of the Android application development are described in the development process. In the first chapter, general information refers to the architecture, specifications and characteristics of the Bluetooth technology. In the second chapter these data are compared with other relevant technologies developed in the wireless technologies field. The chapter shows the position of this technology on the market today and the expectations of the commercial world for future development. It also gives an explanation of how this technology managed to gain its current commercial share on purchasing current location. In the third chapter general information are mentioned about the architecture of the Android operating system and its market dominance over other technologies. The fourth chapter is a brief reference to the architecture of an Android app and the structural elements its composed of. In the fifth chapter requirements both hardware and the software are mentioned for the development of this application. It also presents the encountered difficulties and problems and how they were treated. The sixth chapter contains the UML diagrams that were formed before the implementation and consolidation of the application. It attempts to present in part the stages of analysis and design which led to the development of this code. The seventh chapter presents the implementation of application code in key points, such as: a) How to achieve the wireless connection via Bluetooth, b) How to send and receive messages, c) how these messages can be saved (or not) of on two bases sqLite, d) how to search past messages from the database and delete them from the base. The chapter also presents the application and displays the devices during this operation. Finally, an overview of the thesis and its conclusions during the development are mentioned.

Οι περιβαλλοντολογικές αλλαγές που έχουν προκληθεί εξαιτίας της συνεχής ρύπανσης που προκαλεί ο άνθρωπος σε βάρος του οικοσυστήματος είναι τεράστιες και είναι κοινώς αποδεκτό ότι πρέπει να βρεθούν λύσεις όπου να είναι άμεσα εφαρμόσιμες. Στους διάφορους τομείς που επηρεάζουν άμεσα τον περιβάλλον δεν θα μπορούσε να εξαιρεθεί ο τηλεπικοινωνιακός τομέας όπου με τις υπάρχουσες υποδομές του σπαταλά τεράστια ποσά καταναλωμένης ισχύος έχοντας σαν αποτέλεσμα την άμεση μόλυνση του περιβάλλοντος. Τα τελευταία χρόνια γίνεται όλο και πιο εμφανές οι επιπτώσεις που έχουν προκληθεί με τις δραστηριότητες του ανθρώπου να προκαλούν ανακατατάξεις στην ισορροπία του οικοσυστήματος προκαλώντας την σταδιακή αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας. Αυτό είναι συνυφασμένο με κλιματολογικές αλλαγές, σε ξηρά και θάλασσα καθώς και επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου. Είναι γεγονός τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί απότομη αύξηση στις απαιτήσεις των χρηστών ως προς την κίνηση δεδομένων και θέληση για άμεση πρόσβαση στο διαδίκτυο. Είναι λογικό ότι για να μπορέσουν να ικανοποιηθούν οι ανάγκες των χρηστών άμεσα και αποτελεσματικά κρίνεται αναγκαία η βελτιστοποίηση της υπάρχουσας αρχιτεκτονικής του δικτύου όπου θα πρέπει να «μετατραπεί» σ’ ένα ευφυές και πάνω απ’ όλα ευέλικτο δίκτυο. Είναι λοιπόν ευνόητο ότι βάση των απαιτήσεων κρίνεται επιτακτική η ανάγκη για παροχή υψηλών ταχυτήτων οποιαδήποτε στιγμή θελήσει ο πελάτης με επακόλουθο, βέβαια, της συνεχή και αυξανόμενη διαρκώς χρήση καταναλωτικών πόρων. Η συνεχής αύξηση της καταναλωμένης ισχύς είναι η αιτία που έχει θέσει τους παρόχους τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών μπροστά σε ένα τεράστιο θέμα που αφορά την προστασία του περιβάλλοντος και παράλληλα την επιτυχή ικανοποίηση των απαιτήσεων που έχουν πλέον οι χρήστης κινητής τηλεφωνίας. Και αυτό είναι και το μεγάλο στοίχημα γιατί θα κερδίσει αυτός που θα καταφέρει να επιδείξει μια οικολογική συμπεριφορά ως προς το περιβάλλον και παράλληλα βελτιστοποίηση στην παροχή υπηρεσιών.

Τα τελευταία χρόνια, εμφανίζονται στην αγορά συσκευές που υποστηρίζουν πολλαπλές τεχνολογίες, όπως κινητά που μπορούν να συνδέονται τόσο σε 3G/4G δίκτυα, όσο και σε ασύρματα τοπικά δίκτυα. Έτσι, οι αυξανόμενες ανάγκες των χρηστών για πρόσβαση σε δίκτυα τηλεπικοινωνιών, που να μπορούν να τους καλύπτουν πλήρως, παντού και πάντα (η αρχή του ABC-Always Best Connected - Συνδεδεμένος πάντα, με τις καλύτερες προϋποθέσεις), οδήγησε στην ανάπτυξη ενός προτύπου που να παρέχει τους μηχανισμούς εκείνους που βελτιστοποιούν τη διαπομπή μεταξύ ετερογενών συστημάτων [10]. Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή έχει σκοπό να παρουσιάσει το πρότυπο IEEE 802.21 (Media Independent Handover) και τα βασικά του χαρακτηριστικά. Ειδικότερα, γίνεται πλήρης περιγραφή του πρωτοκόλλου όπως έχει οριστεί από την IEEE, των βασικών δομικών του στοιχείων και του τρόπου που αυτά αλληλεπιδρούν προκειμένου να επιτευχθεί η διαπομπή μεταξύ ετερογενών συστημάτων. Τέλος, παρουσιάζονται μερικά παραδείγματα των μηνυμάτων που ανταλλάσσονται μεταξύ των κόμβων ενός δικτύου κατά τη διαδικασία της διαπομπής, κάνοντας χρήση του πρωτοκόλλου 802.21., The recent years, new mobile devices are becoming available in the market, that are equipped with multiple interfaces, such as mobile phones than can connect to 3G and 4G networks as well as to Wi-Fi hotspots. Thus, the increasing demands of the end users to connect to those networks anytime, anywhere, anyway (the ABC-Always Best Connected principle), has led to the development of a standard that can provide all the needed mechanisms to accomplish a seamless handover between heterogeneous systems. This thesis aims to study the IEEE 802.21 Media Independent Handover protocol and the basic elements of it. In particular an external study on the protocol is carried on, as well as the way that its elements interact through the handover initiation and preparation phase. Finally, we provide some examples of the messages that are transmitted between the network nodes, so as to accomplish the handover execution, based on the 802.21 protocol.

Στις μέρες μας οι κινητές συσκευές έχουν συχνά περισσότερες από μία διεπαφές δικτύου (network interfaces). Για παράδειγμα τα smartphones και tablet PCs μπορούν να έχουν πρόσβαση στο Internet είτε μέσω WiFi είτε μέσω του δικτύου κινητής τηλεφωνίας. Οι συσκευές που είναι συνδεδεμένες ταυτόχρονα σε διαφορετικά δίκτυα λέγονται Multihomed. Η χρήση πολλαπλών διευθύνσεων (είτε στην ίδια, είτε σε πολλαπλές διεπαφές) έχει ως στόχο να καταστεί δυνατή η πρόσβαση στο διαδίκτυο μόνιμα και με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ανοχή σε τυχόν σφάλματα. Ιδιαίτερα μάλιστα στην περίπτωση των κινητών τερματικών στα οποία η πιθανότητα ξαφνικής διακοπής της υπάρχουσας σύνδεσης είναι σαφώς μεγαλύτερη. Η χρήση πολλαπλών μονοπατιών ταυτόχρονα ονομάζεται Multipath (routing). Σχετικά πρόσφατα δημιουργήθηκε μια ομάδα εργασίας του IETF για τον καθορισμό ενός πρωτόκολλου πολλαπλών διαδρομών στο στρώμα μεταφορών το οποίο ονομάζεται Multi-path TCP ( MPTCP ). Το MPTCP είναι επέκταση του πρωτοκόλλου ελέγχου μετάδοσης (TCP), το πρωτόκολλο μεταφοράς που χρησιμοποιείται περισσότερο στο διαδίκτυο, με στόχο να μπορεί να χειρίζεται πολλαπλές υποσυνδέσεις σε διαφορετικά μονοπάτια ανάμεσα σε δύο άκρα. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής γίνεται μελέτη του πρωτοκόλλου MPTCP, και προσομοίωση με τη χρήση του προσομοιωτή NS-3. Γίνεται χρήση του NS3 για την προσομοίωση σεναρίων και την εξαγωγή αριθμητικών αποτελεσμάτων και συμπερασμάτων., These days, mobile phones often have more than one network interfaces. For example smartphones and tablet PCs can access the internet either from connecting via WiFi or via a mobile network. Devices that are simultaneously connected in different networks are called Multihomed. The ability to use many addresses (whether that is in the same or in many interfaces) makes internet access possible and with bigger tolerance towards errors that might occur. Especially in the case of mobile terminals where the possibility of a sudden internet disconnection is bigger. The usage of multiple paths simultaneously is called Multipath (routing). Recently, a work group from IETF was created, so they could determine a multipath protocol in the transport layer called Multi-path TCP (MPTCP). MPTCP is an extension of the transmission control protocol (TCP), which is the most often used transfer protocol on the internet, aiming to handle multiple hyperlinks on different paths between two ends. In this thesis we study the MPTCP protocol, and simulate it using the NS-3 simulator. For simulating different scenarios and exporting numerical results and conclusion we use NS3.

Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του μεταπτυχιακού προγράμματος "Διδακτική της Τεχνολογίας & Ψηφιακά Συστήματα" του τμήματος Ψηφιακών Συστημάτων, του Πανεπιστημίου Πειραιώς. Θέμα της είναι η βελτιστοποίηση της σχεδίασης ασύρματων δικτύων τέταρτης γενιάς (4G). Μελετώντας το cooperation transmission (Network MIMO) προσπαθούμε να αναδείξουμε τα πλεονεκτήματά του έναντι δυο χρηστών που μεταδίδουν ανεξάρτητα μεταξύ τους (SISO). Στην αρχή κάνουμε μια εισαγωγή στην εξέλιξη των τηλεπικοινωνιών μέσα στον χρόνο και φτάνουμε στο σήμερα και συγκεκριμένα στα δίκτυα 4ης γενιάς και στο LTE. Παρουσιάζουμε την δομή, τα πλεονεκτήματα και τον τρόπο λειτουργίας των δικτύων αυτών και κατόπιν γίνεται μια ανάλυση της λειτουργίας των ΜΙΜΟ συστημάτων. Ακολουθεί μια εισαγωγή στα Network MIMO συστήματα, τα οποία αποτελούν μια εξέλιξη των κλασικών ΜΙΜΟ και μια παρουσίαση μιας μελέτης πάνω σε μια παραλλαγή αυτών. Ουσιαστικά η μελέτη αυτή κατορθώνει να συμπεριφέρονται οι πομποί αν και είναι σε μεγάλη απόσταση (> λ/2) μεταξύ τους σαν ένα ΜΙΜΟ σύστημα, δηλαδή να συγχρονίζονται μεταξύ τους και αποφεύγονται οι παρεμβολές. Στο τελευταίο κεφάλαιο γίνεται μια προσομοίωση με την βοήθεια του Matlab ενός Network MIMO περιβάλλοντος και παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα του έναντι ενός συστήματος που λειτουργεί χωρίς συνεργασία μεταξύ των πομπών.

Τα τελευταία 30 χρόνια το Διαδίκτυο έχει αλλάξει ριζικά την οικονομία και την κοινωνία μας. Έτσι από ένα ακαδημαϊκό δίκτυο που χρησιμοποιούνταν από μερικούς ανθρώπους στις αρχές του 1980, το Διαδίκτυο έγινε ένα παγκόσμιο ανοικτό δίκτυο για την πληροφόρηση, την επικοινωνία και το εμπόριο. Υπό το πρίσμα της ταχείας εξάπλωσης της τεχνολογίας, ιδιαίτερα των ευρυζωνικών δικτύων και των κινητών επικοινωνιών, το Διαδίκτυο έγινε βασικό κομμάτι της ζωής μας με κάθε τρόπο και αντικατέστησε τα παραδοσιακά κανάλια επικοινωνίας των ανθρώπων σε πολλές δραστηριότητες. Το Διαδίκτυο έγινε η κινητήρια δύναμη της κοινωνίας του 21ου αιώνα. Στο άμεσο μέλλον, το Διαδίκτυο θα πιέσει πιθανώς τα δίκτυα για επιπλέον πόρους. Στα πλαίσια του Μελλοντικού Διαδικτύου, νέες εφαρμογές, υπηρεσίες και περιεχόμενο θα απαιτήσουν ένα πραγματικά πανταχού παρόν δίκτυο, που θα είναι σε θέση να χειρίζεται τον μεγάλο όγκο της κίνησης των δεδομένων που μεταδίδονται από τις συσκευές που συνδέονται σε αυτό. Ταυτόχρονα, οι νέες αυτές εφαρμογές θα πρέπει να μπορούν να προσπελαστούν οποιαδήποτε στιγμή της ημέρας, να ζητηθούν από διαφορετικές τοποθεσίες και περιβάλλοντα και τέλος να εξασφαλίζεται η ποιότητα των παρεχόμενων αυτών υπηρεσιών. Από την άλλη πλευρά, ο αριθμός των ευρυζωνικών χρηστών σε όλο τον κόσμο φαίνεται να μεγαλώνει δραματικά, οδηγώντας στην αύξηση της συνολικής ποσότητας της κατανάλωσης της ενέργειας. Αυτή η όλο και πιο απαιτητική κατάσταση στο χώρο των ασύρματων/κινητών δικτύων ωθεί στην αναζήτηση πιο ευέλικτων προτύπων δικτύωσης που θα προσφέρουν μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στη χρησιμοποίηση των πόρων και στην παροχή υπηρεσιών υψηλής ποιότητας και την ίδια στιγμή να εμφανίζουν χαμηλότερη ισχύ μετάδοσης και μείωση στην κατανάλωση της ενέργειας, επιτυγχάνοντας έτσι «πράσινους» στόχους. Έχοντας υπόψη όλα τα παραπάνω, η διατριβή αυτή παρουσιάζει μια προσέγγιση για την αντιμετώπιση και την παροχή λύσεων για τα προαναφερθέντα θέματα. Η προτεινόμενη λύση βασίζεται σε δίκτυα που δημιουργούνται δυναμικά, ελέγχονται και συντονίζονται από τον πάροχο, είναι προσωρινές επεκτάσεις της υποδομής και ονομάζονται Ευκαιριακά Δίκτυα (Opportunistic Networks). Τα Ευκαιριακά Δίκτυα ελέγχονται από τους παρόχους μέσω της διάθεσης πολιτικών (policies), π.χ. για την χρήση των πόρων, καθώς και από την πληροφορία του πλαισίου λειτουργίας (context), του προφίλ και της γνώσης, τα οποία αξιοποιούνται για τη δημιουργία και τη συντήρηση τους. Δημιουργούνται δυναμικά σε τοποθεσίες και όταν χρονικά απαιτούνται, για να παρέχουν τις υπηρεσίες στους χρήστες. Επιπλέον, αποτελούνται από διάφορες συσκευές/τερματικά, συνδεδεμένα ενδεχομένως με ad-hoc τρόπο μεταξύ τους, καθώς και με στοιχεία της ίδιας της υποδομής. Λόγω του ιδιαίτερα δυναμικού χαρακτήρα του περιβάλλοντος, συμπεριλαμβανομένων ζητημάτων κίνησης και εφαρμογών, καθώς και την πιθανή πολυπλοκότητα της υποδομής, μια λύση που ενσωματώνει μηχανισμούς αυτοδιαχείρισης και μάθησης κρίνεται απαραίτητη. Από αυτή την άποψη, τα Γνωσιακά Συστήματα Διαχείρισης (Cognitive Management Systems), προσφέροντας δυνατότητες αυτοδιαχείρισης και μάθησης θεωρούνται κατάλληλα για να εξασφαλίσουν μια γρήγορη και αξιόπιστη εγκατάσταση των Ευκαιριακών Δικτύων. Στο πλαίσιο αυτής της διατριβής και προκειμένου να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις για βελτιωμένη αποδοτικότητα στην παροχή πόρων και παροχή υπηρεσιών υψηλής ποιότητας στους χρήστες ανά πάσα στιγμή και οπουδήποτε, μέσω του συνδυασμού των Ευκαιριακών Δικτύων και των Γνωσιακών Συστημάτων Διαχείρισης προτείνεται μια νέα Αρχιτεκτονική Λειτουργιών (Functional Architecture) για τη διαχείριση και τον έλεγχο των δικτύων αυτών. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, σε αυτή την διατριβή παρουσιάζεται η αξιολόγηση της απόδοσης των Ευκαιριακών Δικτύων ως επέκταση του δικτύου υποδομής σε διάφορα σενάρια. Συγκεκριμένα, γίνεται μελέτη για τις συνθήκες (γιατί, που και πότε) κάτω από τις οποίες μπορούν να δημιουργηθούν τα Ευκαιριακά Δίκτυα ώστε να υπάρχει γενικό όφελος για το σύνολο του δικτύου. Αυτό στην πραγματικότητα γίνεται αναγνωρίζοντας ότι το πρώτο βήμα πριν από τη διαδικασία της δημιουργίας ενός Ευκαιριακού Δικτύου είναι ο προσδιορισμός της καταλληλότητας. Η έρευνα βασίζεται κυρίως σε εκτεταμένες προσομοιώσεις του δικτύου, με σκοπό να καλύψει ένα μεγάλο φάσμα των περιπτώσεων, προκειμένου να αυξηθεί η εγκυρότητα των τελικών εξαγόμενων συμπερασμάτων και συστάσεων. Τέλος, παρουσιάζεται η διαδικασία της κατάλληλης εκμετάλλευσης των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης, για την εξαγωγή των πολιτικών που θα χρησιμοποιηθούν από τον πάροχο της ασύρματης υποδομής για να ελέγξει την απόφαση για την δημιουργία των Ευκαιριακών Δικτύων, την ώρα της λειτουργίας ή και εκ των προτέρων., Over the last 30 years the Internet has change radically our economy and society. Thereby from an academic network used by a few people in the early 1980s, the Internet became a truthfully worldwide open network for information, communication and commerce. In the light of the rapid spread of technology, particularly broadband networks and mobile communications, the Internet has become a central part of our lives in all sorts of ways and has also replaced traditional channels in many activities between people. The Internet has become a driver of 21st century society. In the near future, the Internet will probably set the networks under stress for resources. In the scope of the Future Internet (FI), new applications, services and content will require a truly ubiquitous network capacity, capable of handling the amplified data traffic volumes transmitted by internet enabled devices. At the same time these new applications are going to be accessed at any time of a day, will be requested from all types of locations and environments and finally will have to be delivered meeting a set of QoS. On the other hand the number of broadband users around the world seems to explode dramatically, leading also to the increase of the total amount of energy consumption. Such a challenging landscape in the area of wireless/mobile networks motivates the quest for more flexible networking paradigms that will offer increased efficiency in resource utilization and application QoS provisioning and at the same time exhibit lower transmission powers and energy consumption, thus achieving "green" targets. Framed within above, this dissertation presents an approach for addressing and providing solutions for the aforementioned issues. The proposed solution is based on dynamically created, operator-governed and coordinated, temporary infrastructure-less extensions of the infrastructure, called Opportunistic Networks (ONs). ONs are governed by operators through the provision of policies, e.g. upon resource usage, as well as context/profile information and knowledge, which is exploited for their creation and maintenance. They are dynamically created in places and at the time they are needed to deliver application flows to mobile users. Moreover, they comprise various devices/terminals, potentially organized in an ad hoc mode, as well as elements of the infrastructure itself. Due to the highly dynamic nature of the environment, including traffic and applications issues, as well as the potential complexity of the infrastructure, a solution that incorporates self-management and learning mechanisms are deemed essential. In this respect, Cognitive Management Systems (CMSs), rendering both self-management and learning capabilities seem appropriate for ensuring the fast and reliable establishment of ONs. In the context of this dissertation and in order to meet the requirements, for improved efficiency in resource provisioning and providing users with high quality services anytime, anywhere through the combination of ONs and CMSs, a new Functional Architecture (FA) for the management and control of the ONs is proposed. Considering the above, in this dissertation is presented the performance evaluation of ONs as an extension to the infrastructure network in various scenarios. Particularly, the investigation under which circumstances (why, where and when) the creation of an ON will be beneficiary for the overall network is presented in certain scenarios. This is actually done by recognizing that the first step prior to proceeding with the establishment of an ON is to be able to judge the suitability of doing so. The study is mainly based on extensive network simulations, with the intention to cover a large gamut of cases in order to increase the validity of the finally extracted conclusions and recommendations. Eventually, it is presented the process of the properly exploitation of the extracted simulation results so as to derive policies that can be used by the operator of the wireless infrastructure to control the decision upon forming the ONs, while in operation or even in a proactive manner.

Η διπλωματική αυτή διατριβή εκπονήθηκε στα πλαίσια του μεταπτυχιακού προγράμματος σπουδών του Τμήματος Διδακτικής της Τεχνολογίας και ψηφιακών συστημάτων, του Πανεπιστημίου Πειραιώς, με κατεύθυνση Δικτυοκεντρικά Συστήματα. Σε αυτήν, γίνεται μελέτη των aσύρματων δικτύων αισθητήρων (Wireless Sensors Network, WSN), των διαφορών τις οποίες έχουν από τις ήδη υπάρχουσες τεχνολογίες ασύρματων δικτύων και των εφαρμογών στις οποίες μπορούν αυτά να χρησιμοποιηθούν. Γίνεται ανάλυση των διαφόρων πρωτοκόλλων επικοινωνίας και δρομολόγησης και τις τεχνικές που χρησιμοποιούνται ώστε να μπορούν τα δίκτυα αυτά να δουλεύουν απρόσκοπτα και με τη μικρότερη κατανάλωση ενέργειας. Τέλος, γίνεται παρουσίαση του λογισμικού Mobile Sensor API, το οποίο επιτρέπει σε Java MIDlets να μιλούν με φυσικούς και εικονικούς αισθητήρες διαθέσιμους πάνω σε μια συσκευή.

Η χρήση πολλαπλών κεραιών, τόσο σε πομπό όσο και σε δέκτη (ΜΙΜΟ), λόγω των σημαντικών κερδών που προσφέρουν, έχουν αναγνωριστεί σαν μια βέλτιστη λύση στο σχεδιασμό συστημάτων ασύρματων δικτύων. Όμως, με τη χρήση MIMO στα ασύρματα συστήματα αυξάνεται η απαίτηση για χώρο και ενέργεια καθώς και σε πολυπλοκότητα. Ως λύση των παραπάνω προβλημάτων υλοποιήθηκε η τεχνική beamspace MIMO και προταθήκαν οι παρασιτικές κεραίες ESPAR (Electrically Steerable Parasitic Array Radiator). Η παρασιτική κεραία ESPAR είναι μονής αλυσίδας RF τροφοδοσίας στοιχειοκεραία, η οποία αποτελείται από ένα ενεργό στοιχείο και πολλαπλά παρασιτικά στοιχεία τα οποία τερματίζουν είτε με ένα κύκλωμα το οποίο διαθέτει διακόπτη είτε από μεταβλητές αντιδράσεις. Οι παρασιτικές κεραίες μπορούν να μειώσουν δραστικά τις αλυσίδες RF που εισάγουν τα ενεργά στοιχεία και έχουν εξαιρετική ικανότητα καθοδήγησης ακτίνας και μηδενισμού των παρεμβολών. Από την άλλη πλευρά, για να καταφέρουμε 360 μοιρών αζιμουθιακό μηδενισμό των παρεμβολών και διαμόρφωση διαγράμματος ακτινοβολίας χρειαζόμαστε να μεγαλώσουμε τον αριθμό των παρασιτικών στοιχείων. Με την αύξηση, όμως, των στοιχείων αυξάνεται η πολυπλοκότητα και η απαίτηση σε ενέργεια. Για να μειωθεί ο αριθμός των στοιχείων αλλά και να διατηρηθεί η ικανότητα διαμόρφωσης διαγράμματος ακτινοβολίας και μηδενισμού στις παρασιτικές κεραίες προταθήκαν παρασιτικές κεραίες με πολλαπλά στοιχεία τροφοδοσίας. Μια τέτοια κεραία είναι η MuPAR (Multiport Parasitic Array Radiator). Μια στοιχειοκεραία MuPAR αποτελείται από κ-IFA στοιχειοκεραίες. Σε μια στοιχειοκεραία IFA υπάρχουν δυο ακτινοβολητές-στοιχεία οι όποιοι είναι κάθετοι στο επίπεδο της γείωσης. Ο ένας ονομάζεται α και στην περίπτωση που είναι ενεργό το στοιχείο τερματίζεται με μια πηγή τροφοδοσίας και στην περίπτωση που αναφερόμαστε σε παρασιτικό στοιχείο τερματίζεται με μια μεταβλητή αντίδραση. Ο δεύτερος ακτινοβολητής ονομάζεται b και είναι βραχυκυκλωμένος. Στη συγκεκριμένη διπλωματική εργασία επιχειρήσαμε να αναπτύξουμε ένα γενετικό αλγόριθμο πού να μας παρέχει βέλτιστες τιμές για τα πλάτη και τις φάσεις των ενεργών στοιχείων και τις βέλτιστες τιμές των φορτίων των μεταβλητών αντιδράσεων των παρασιτικών στοιχείων της στοιχειοκεραίας MuPAR στοχεύοντας στην βέλτιστη διαμόρφωση του διαγράμματος ακτινοβολίας της κεραίας., The usage of multiple antennas, both at transmitters and receivers (MIMO), has been identified as an optimal solution to the system design of wireless networks, mostly due to their major benefits and advantages. In contrast, the usage of MIMO in wireless systems can also increase the requirements for space, power and complexity. Therefore, as a solution to the above problems, the beamspace MIMO technique and the parasitic antennas ESPAR (Electrically Steerable Parasitic Array Radiator) were implemented. The parasitic antenna array ESPAR, is a single-feed-port array antenna, composed both of one active element and multiple parasitic elements, terminated by switched lumped circuits or variable reactors. The parasitic array can drastically decrease the number of expensive radio-frequency (RF) chains integrated with active elements. It has been proven that the number of parasitic elements must be increased for realizing full 360 azimuthal beam and null forming. On the other hand, whether the number of antenna elements increases the complexity and the demand for power will be increased too. Therefore, parasitic array antennas with multiple feed ports have been proposed in order to decrease the number of antenna elements by keeping the beam and null forming capability. This type of antenna is called MuPAR (Multiport Parasitic Array Radiator). A MuPAR antenna consists of K-IFA antennas in which a single IFA antenna can be regarded as two infinitesimal radiators, which are vertical to the ground plane. The first radiator is the element denoted by “a”, which is connected to a feed circuit in case of the active element or of a parasitic element when connected to a variable reactor. The second radiator is the element denoted by “b”, which is the short pin of the IFA. The main purpose of our thesis was to develop a genetic algorithm that can provide optimized values for our parameters such as the amplitude and the phase of active elements and the loads of variable reactances in case of parasitic elements of a MuPAR antenna aiming in an optimized formulation of MuPAR antenna radiation pattern.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά τη μελέτη αλγορίθμων πρόσδεσης των κινητών τερματικών στους τηλεπικοινωνιακούς κόμβους ενός δικτύου κινητών επικοινωνιών με κόμβους αναμετάδοσης. Το σύστημα που μελετάται αφορά μία κυψέλη με έναν σταθμό βάσης, έναν αριθμό αναμεταδοτών τοποθετημένους στα άκρα της κυψέλης και έναν αριθμό κινητών τερματικών ομοιόμορφα κατανεμημένων στην κυψέλη. Η ανεύρεση της βέλτιστης λύσης σύνδεσης των κινητών τερματικών στους τηλεπικοινωνιακούς κόμβους αποτελεί ένα NP Hard πρόβλημα. Στην παρούσα εργασία προτείνεται και μελετάται ένας ευριστικός, συνεργατικός αλγόριθμος σύνδεσης των κινητών τερματικών στους τηλεπικοινωνιακούς κόμβους και συγκρίνεται με τρεις άλλους ευριστικούς, συμβατικούς αλγόριθμους σύνδεσης. Στον ευριστικό συνεργατικό αλγόριθμο τα κινητά τερματικά συνδέονται σε εκείνον τον τηλεπικοινωνιακό κόμβο από τον οποίο αποσπούν τους λιγότερους ραδιοπόρους. Στον πρώτο συμβατικό αλγόριθμο τα κινητά τερματικά συνδέονται με τον κόμβο με την χαμηλότερη ισχύ εξυπηρέτησης, στον δεύτερο συμβατικό αλγόριθμο τα κινητά τερματικά συνδέονται με τον κόμβο με την υψηλότερη ισχύ εξυπηρέτησης, ενώ τέλος στον τρίτο συμβατικό αλγόριθμο τα κινητά τερματικά συνδέονται τυχαία στους τηλεπικοινωνιακούς κόμβους. Έγινε σύγκριση του συνεργατικού αλγορίθμου με τους τρεις συμβατικούς αλγορίθμους ως προς την πιθανότητα φραγής κλήσεως και ως προς την χρησιμοποίηση των ραδιοπόρων για διαφορετικό πλήθος αναμεταδοτών και για διαφορετικές αποστάσεις μεταξύ του σταθμού βάσης και των αναμεταδοτών. Από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων φαίνεται ότι ο συνεργατικός αλγόριθμος είναι συνολικά ο καλύτερος., The scope of this thesis is the investigation of algorithms that associate mobile stations to the telecommunication nodes in a cooperative relay network. Our system consists of a single base station, a number of relay nodes at the cell edge and a number of mobile stations uniformly distributed in the cell area. The search of the optimal solution that associates the mobile stations to the most appropriate node in a cooperative relay network is a NP Hard problem. We propose a heuristic cooperative algorithm to determine how the mobile stations should associate to the base station or relay nodes and compare it against three other conventional algorithms. The cooperative algorithm associates mobile stations with the node that consumes the least radio resources. The first conventional algorithm associate mobile stations with nodes that consume the least power, while the second conventional algorithm associates mobile stations with nodes that consume the most power. The third conventional algorithm associates mobile stations with nodes in a random manner. We compare the proposer cooperative algorithm against the other three conventional in terms of blocking probability and resource usage for different number of relay nodes and for different distances between the base station and the relay nodes. The simulation results show that cooperative algorithm behaves overall better than the other three algorithm.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, αποδεικνύονται αναλυτικές εκφράσεις για διάφορα κριτήρια επίδοσης των συστημάτων πολλαπλών αναμεταδοτών σε περιβάλλοντα διάδοσης που χαρακτηρίζονται από σύνθετα μοντέλα διάλειψης. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μία επισκόπηση των μοντέλων διάλειψης μικρής και μεγάλης κλίμακας για το ασύρματο κανάλι. Στο Κεφάλαιο 2 δίνεται μία επισκόπηση των κυριότερων συστημάτων αναμεταδοτών που έχουν προταθεί για τα ασύρματα συστήματα με βάση την ενίσχυση που χρησιμοποιείται και τον τρόπο συνδεσμολογίας αλλά και επιλογής των αναμεταδοτών. Στο Κεφάλαιο 3, αποδεικνύονται νέες και εύκολα υπολογίσιμες μαθηματικές εκφράσεις για την πιθανότητα σφάλματος σε συστήματα που υποστηρίζουν πολλαπλούς αναμεταδότες σε παράλληλη συνδεσμολογία και απευθείας διαδρομή με maximal ratio combining στο δέκτη. Στο Κεφάλαιο 4, παρουσιάζονται νέες μαθηματικές σχέσεις για την αξιολόγηση της επίδοσης ενός δικτύου με αναμετάδοση δύο ζεύξεων και επιλογή του καλύτερου αναμεταδότη σε περιβάλλον με ανεξάρτητα κανάλια διάλειψης. Στο Κεφάλαιο 5, αποδεικνύονται νέες μαθηματικές σχέσεις μέτρων επίδοσης για συστήματα πολλαπλών αναμεταδοτών (multi-hop relays) που λειτουργούν σε ένα σύνθετο περιβάλλον διαλείψεων, το οποίο μοντελοποιείται με τη Γενικευμένη-Κ κατανομή. Χρησιμοποιώντας την προσέγγιση του συνολικού ΣΘΛ για το σύστημα πολλαπλών αναμεταδοτών το οποίο δίνεται από το ελάχιστο ΣΘΛ όλων των ζεύξεων, παρέχεται ένας εύκολος τρόπος υπολογισμού για την πιθανότητα διακοπής και της μέσης πιθανότητας σφάλματος συμβόλου και bit για διάφορες ψηφιακές διαμορφώσεις. Στο Κεφάλαιο 6, αποδεικνύονται κατώτερα όρια κλειστής μορφής για την επίδοση των συστήματα πολλαπλών αναμεταδοτών που λειτουργούν σε ένα Nakagami-m κανάλι διαλείψεων. Το συνολικό ΣΘΛ στον προορισμό προσεγγίζεται από το γεωμετρικό μέσο όρο όλων των ζεύξεων. Με αυτή την προσέγγιση, βρίσκονται μαθηματικές εκφράσεις κλειστής μορφής για τις στατιστικές του συνολικού ΣΘΛ. Αυτές, με τη σειρά τους, χρησιμοποιούνται για να υπολογιστεί η πιθανότητα διακοπής, η μέση πιθανότητα σφάλματος συμβόλου και ένα ανώτερο όριο για τη μέση εργοδική χωρητικότητα του συστήματος πολλαπλών αναμεταδοτών. Τέλος, στο Κεφάλαιο 7 εξετάζεται η επίδραση ομοδιαυλικής παρεμβολής στην πιθανότητα διακοπής ενός ασύρματου συστήματος με ένα ΕΠ αναμεταδότη σε περιβάλλον με Rayleigh διάλλειψη., This dissertation investigates the performances of multihop relaying systems in composite fading environments. A review of small and large-scale fading for the wireless channel is given in Chapter 1, where the statistical characterization of various channel models is presented. This work considers the generalized-X fading channel, which is a composite fading model that considers the effects of both small- and large-scale fading on the received signal. Then, in Chapter 2 it reviews various relay systems that have been proposed for wireless communications according to the relay gain employed and the selection of the relays utilized. In Chapter 3, it presents novel and easy-to-evaluate expressions for the error rate performance of cooperative dual-hop relaying with maximal ratio combining operating over independent generalized-X fading channels. In Chapter 4, it presents novel and easy-to-evaluate expressions for the performance of dual-hop relaying with best relay selection operating over generalized-X fading channels. In Chapter 5, it evaluates performance measures of multihop relaying systems operating in a composite fading environment modeled by the generalized-X distribution. By approximating the end-to-end signal-to-noise ratio of the multihop relay system by the minimum SNR of all the links, it provides easy to compute analytical expressions for the outage probability and the average bit and symbol error rates for a variety of digital modulation schemes. The derived expressions are validated by computer simulation and provide tight lower bounds to the exact performance of multihop relaying transmissions in a generalized fading environment. In Chapter 6 it derives closed-form lower bounds on the performance of multihop communication systems with non-regenerative relays operating in a Nakagami-m fading channel. The relay gains are assumed to be chosen to maximize the end-to-end SNR, which is bounded by the geometric mean of the positive random variables. Closed-form expressions are then derived for the statistics of the geometric mean of the optimum end-to-end SNR. These, in turn, are used to derive tight bounds for the outage as well as average error performances of the system. An upper bound is also derived for the mean ergodic capacity of the end-to-end SNR. Finally, in Chapter 7 it studies the effect of co-channel interference on the outage probability of dual-hop wireless communication systems with amplify-and-forward relaying operating in a Rayleigh fading channel.

The present dissertation addresses to the subject of polarization implementation to MIMO satellite communication systems. It is a known fact that due to lack of scatterers near the transmitter (satellite) and space restrictions on the transmitter, a strong LoS is more often than not present, resulting in a very high channel correlation which, in turn, does not permit the creation of independent propagation paths. A very promising solution to alleviate, if not solve, the above described issue is the use of polarization techniques which are in place to offer additional degrees of freedom for exploitation. Only in recent years has polarization started to draw attention as a research subject. A plethora of surveys have been conducted since then, gathering results and information referring to terrestrial and satellite communication systems for indoor and outdoor environments, revealing that polarization have the prospect to be considered as a very useful and versatile tool. This thesis after building step by step all the needed theoretic background referring to wave propagation, propagation mechanisms, etc., concludes with the description of a Polarized 2x2 MIMO Land Mobile Satellite communications system model. The simulation of the system model follows with results for the system’s performance including BER, XPD and capacity.

Η ασφάλεια των κινητών επικοινωνιών στα πρώτα της βήματα δεν ήταν κάτι που απασχολούσε άμεσα τους παρόχους, καθώς το κόστος ήταν μεγάλο και η οποιαδήποτε κακόβουλη ενέργεια θεωρούταν δύσκολη στα ιδιόκτητα δίκτυα φωνής. Αυτό έχει αλλάξει, τα κινητά δίκτυα γίνονται τα πιο επικρατέστερα δίκτυα δεδομένων, με την σταδιακή κατάργηση των ιεραρχικών αρχιτεκτονικών και στην σύγκληση της αρχιτεκτονικής IP, με την χρήση εξελιγμένων τεχνολογικά προτύπων όπως το LTE και LTE/Advanced. Η σύγκληση αυτή παράλληλα με την διείσδυση των "έξυπνων" μικροσυσκευών στην αγορά των κινητών επικοινωνιών, είχαν ως συνέπεια την αλματώδη ανάπτυξη κακόβουλου λογισμικού και επιθέσεων έναντι στα ευπαθή σημεία των δικτύων με σκοπό την υποκλοπή συνομιλιών, την παρεμπόδιση των επικοινωνιών την τροποποίηση διαπιστευτηρίων αλλά και άλλων τύπων επιθέσεων. Το ενδιαφέρον της παρούσας διπλωματικής εργασίας, εστιάζεται στις αδυναμίες και ευπάθειες που εντοπίζονται στην αρχιτεκτονική ασφάλειας της LTE Φεμτοκυψέλης. Αναφερόμαστε δηλαδή στο κομμάτι εκείνο της αρχιτεκτονικής που χαρακτηρίζεται μη έμπιστο και είναι εκτεθειμένο σε απειλές ή συνδυασμός απειλών. Σκοπός είναι να εντοπιστούν οι ευπάθειες/απειλές, αλλά και οι διαδικασίες που αποτελούν τα αντίμετρα για την αντιμετώπιση και προστασία από αυτές. Ακόμα γίνεται μια προσπάθεια ώστε να ομαδοποιηθούν οι πιθανές απειλές, να χαρακτηριστούν σε σχέση με την επικινδυνότητα τους και να προταθούν ειδικοί τρόποι αντιμετώπισης τους. Η δομή της εργασίας διαμορφώνεται ως εξής: Στο κεφάλαιο ένα γίνεται μια εισαγωγική χρονική προσέγγιση στα κινητά δίκτυα από τη πρώτη γενιά κινητών επικοινωνιών (1G), μέχρι και τη σημερινή εποχή που διανύουμε, με την εξέλιξη της τέταρτης γενιάς κινητών επικοινωνιών (4G) να είναι στο τεχνολογικό προσκήνιο. Σημαντικό ιστορικά πρότυπο είναι το GSM ( Δεύτερης γενιάς - 2G) το οποίο στιγμάτισε και αποτέλεσε την αρχή της τόσο διαδεδομένης ανάπτυξης των κινητών τηλεπικοινωνιών. Τα σκήπτρα της δεύτερης γενιάς παίρνει το πρότυπο UMTS (Τρίτης γενιάς - 3G) όπου νέες δυνατότητες προστέθηκαν βελτιώνοντας τα ήδη υπάρχοντα δίκτυα. Αποτέλεσε βάση για το πρότυπο στο οποίο βασίζεται η παρούσα εργασία και είναι το LTE (Long Term Evolution). Γίνεται μια αναφορά στα βασικά χαρακτηριστικά σημεία της ασφάλειας των προγενέστερων τεχνολογιών GSM, UMTS, εμμένοντας στις αδυναμίες που έπρεπε να αντιμετωπιστούν αλλά και στα δυνατά σημεία που συνέχισαν την λειτουργία τους και στο LTE. Τέλος επισημαίνεται πόσο απαραίτητη και επιτακτική είναι η ανάγκη για την ασφάλεια των δικτύων τόσο από την πλευρά των παρόχων και των υπηρεσιών που αυτοί προσφέρουν, όσο και από την πλευρά των πελατών/χρηστών. Στο κεφάλαιο δύο γίνεται μια αναφορά στο πρότυπο LTE - (Long Term Evolution), με έμφαση στην αρχιτεκτονική ασφάλειας του. Εντοπίζονται τα σημαντικότερα στοιχεία του συστήματος (κορμού και πρόσβασης) και εξετάζονται από την σκοπιά της ασφάλειας, που είναι πιο επιτακτική ανάγκη από κάθε άλλη φορά στο παρελθόν λόγο των μεγάλων απαιτήσεων της αγοράς και των συνδρομητών για νέες υπηρεσίες. Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται στον όρο της φεμτοκυψέλης (Femtocell), στους λόγους που γίνεται πόλος έλξης για όλο και περισσότερους παρόχους, ποια είναι τα πλεονεκτήματα αλλά και οι δυσκολίες που αντιμετωπίζονται στην χρήση τους και γιατί είναι απαραίτητη η ξεχωριστή μελέτη των θεμάτων ασφάλειας που προκύπτουν. Τέλος, γίνεται μια αναφορά στις βασικές αρχές της ασφάλειας και των μεθόδων αντιμετώπισης των απειλών που παρουσιάζονται σε μια φεμτοκυψέλη, αλλά και ένας διαχωρισμός των αρχιτεκτονικών ασφάλειας του 3G UMTS Femtocell και του LTE Femtocell. Το τέταρτο κεφάλαιο εστιάζει εκτενώς στην αρχιτεκτονική ασφάλειας της LTE φεμτοκυψέλης, καλύπτοντας όλες τις οντότητες που συμμετέχουν με σκοπό την ανάδειξη των μη έμπιστων στοιχείων, δηλαδή τα ευπαθή μέρη τα οποία κάποιος μπορεί να εκμεταλλευτεί και να ωφεληθεί ανάλογα. Περιγράφονται τα χαρακτηριστικά, οι διαδικασίες και οι μηχανισμοί ασφάλειας αλλά και οι απαιτήσεις που είναι ποικίλες, γι' αυτό και καταγράφονται σε κατηγορίες. Το πέμπτο κεφάλαιο εστιάζει με μεγαλύτερη λεπτομέρεια στις απειλές ενάντια στο HeNB, ενώ παράλληλα αξιολογείται η επικινδυνότητα τους στο δίκτυο από την πλευρά του παρόχου, αλλά και του χρήστη., The safety of mobile communications in its infancy was not something that directly employed providers, the cost was great and any malicious action be considered difficult on proprietary voice networks. This has changed, the mobile networks are becoming the most dominant data networks, with the gradual elimination of hierarchical architectures and the convening of the IP architecture, using sophisticated technological standards such as LTE and LTE-Advanced. The convening of this alongside the penetration of "smart" widgets on the mobile communications market, have led to the rapid growth of malware and attacks against vulnerabilities of networks with a view to tapping conversations, preventing credential modification but communications and other types of attacks. The interest of this thesis focuses on weaknesses and vulnerabilities identified in the security architecture of LTE Femtocells. Talking about the piece of architecture that is untrustworthy and is exposed to threats or combination of threats. The aim is to identify threats/vulnerabilities, but also the processes which form the countermeasures for treating and protecting against them. Even an attempt to group the potential threats, be classified in relation to their risk and to propose specific ways to tackle them. The structure of the work is as follows: In chapter one becomes an introductory time approach to mobile networks from the first generation (1G) mobile communications, up to the present time, with the development of the fourth generation (4G) mobile communications to be at the technological forefront. Important historical model is GSM (second generation-2G) which marked the beginning of the widespread development of mobile telecommunications. The scepters of second generation takes the UMTS (third generation-3G) where new features were added by improving existing networks. Formed the basis for the template on which this paper is based and is LTE (Long Term Evolution). Makes a reference to the basic features of earlier points of technologies GSM, UMTS, insisting on weaknesses that needed to be addressed but also the advantages that have continued their operation and in LTE. End note how necessary and urgent is the need for network security both on the part of providers and the services they offer, as well as from the side of customers/users. In chapter two it becomes a reference to standard LTE - (Long Term Evolution), with emphasis on the security architecture. Identify the major components of the system (trunk and access) and examined from the standpoint of security. The third chapter refers to the condition of Femtocell, on the grounds that becomes an attraction for more and more providers, what are the advantages and the difficulties encountered in using them and why it is necessary to separate study of safety issues that arise. Finally, there is a reference to the basic principles of security and methods of dealing with threats presented in a Femtocell, and a separation of the 3G UMTS security architectures Femtocell and LTE Femtocell. The fourth chapter focuses extensively on security architecture of LTE Femtocell, covering all entities involved in the emergence of non-trusted data, i.e. the affected parties that anyone can take advantage and benefit accordingly. Describes the characteristics, processes and security mechanisms and requirements. The fifth chapter focuses in greater detail on threats against HeNB, while assessing the danger posed by the network from the perspective of the provider, and the user.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό τη μελέτη και την ανάλυση των δικτύων LTE, τα οποία αποτελούν τη σύγχρονη εξέλιξη της τεχνολογίας στα ασύρματα κινητά δίκτυα 4ης γενιάς. Η εργασία αποτελείται από το θεωρητικό και το πρακτικό μέρος. Αρχικά γίνεται μια αναφορά στην ιστορική αναδρομή και εξέλιξη των κινητών δικτύων επικοινωνιών, από τα δίκτυα 1ης γενιάς έως τα σημερινά δίκτυα της 4ης γενιάς. Ακολουθεί η ανάλυση του τεχνολογικού προτύπουLTE, της αρχιτεκτονικής του καθώς και των επιπέδων του, ειδικότερα του φυσικού επιπέδου και του επιπέδου προσπέλασης. Εν συνεχεία,παρουσιάζονται διάφοροι αλγόριθμοι ελέγχου ισχύος καθώς και διάφορες τεχνικές μετρίασης της διακυψελικής παρεμβολής. Επίσης στο πλαίσιο της μεταπτυχιακής διατριβής, αξιολογήθηκε η επίδοση ενός δικτύου LTE με τη χρήση του προγράμματος Matlab. Σκοπός ήταν η μελέτη της συμπεριφοράς και της μεταβολής των μετρικών του μέσου ρυθμού εμφάνισης σφαλμάτων με σκοπό την αξιολόγηση της αξιοπιστίας του συστήματος, της ρυθμοαπόδοσης για τον υπολογισμό της κίνησης των δεδομένων που μπορούν να μεταδοθούν μέσω του διαύλου και της χωρητικότητας Shannon του καναλιού, για τον προσδιορισμό του μέγιστου δυνατού ρυθμού αξιόπιστης μετάδοσης μέσα από το κανάλι. Πιο συγκεκριμένα, αναπτύχθηκε μια προσομοίωση που βασίστηκε στις προδιαγραφές του LTE-TDD αποκλειστικά και μόνο για την περίπτωση της κατερχόμενης ζεύξης. Δηλαδή στην περίπτωση όπου ο σταθμός βάσης εξυπηρετεί ένα κινητό τερματικό, και συγκεκριμένα όταν το τερματικό χρησιμοποιεί έναν και μόνο πόρο (SU-MIMO). Η συγκεκριμένη τεχνική εφαρμόζεται μόνο στο Physical Downlink Shared Channel (PDSCH), το οποίο αποτελεί κανάλι του φυσικού επιπέδου. Όσο αφορά την τεχνική μετάδοσης ο προσομοιωτής υποστηρίζει μόνο την περίπτωση του Spatial Multiplexing. Τέλος, τα σχήματα διαμόρφωσης που χρησιμοποιούνται είναι τα 4QAM, 16QAM και 64QAM. Αξίζει να αναφερθεί το πλήθος των επιλογών που έχει ο χρήστης στη διάθεσή του μέσα από την προσομοίωση ώστε να αξιολογήσει τα αποτελέσματα και να εξαγάγει τα συμπεράσματά του, όσον αφορά πολλαπλές περιπτώσεις και πολλαπλά σενάρια κινητών επικοινωνιών του συγκεκριμένου τεχνολογικού προτύπου., The scope of the present master thesis is the study and the analysis of the LTE networks, which constitute the latest technology evolution of the fourth generation of wireless mobile communication networks. The thesis consists of two sections, the theoretical and the practical one. Firstly, there is a reference to the historical background and evolution of mobile communication networks from the first generation networks to the current fourth generation ones. There follows an analysis of the technological standard, its architecture and its layers, especially the physical layer and the mac layer. Then, several algorithms for power control and various techniques for mitigating intercell interference are presented. Furthermore, in the framework of the present Master Thesis the performance of an LTE network has been assessed with the use of the Matlab software.The scope was the study of the behavior and variation of the bit error rate measurement, in order to assess the reliability of the system; the study and variation of the throughput measurement, in order to evaluate the data traffic that can be transferred via the channel and the study and variation of the Shannon capacity measurement, in order to define the maximum possible reliable transmission rate via the channel. More specifically, a simulation has been developed based on the specifications of LTE-TDD only in the case of Downlink. That is, in the case that the base station is serving a mobile terminal and specifically when the terminal uses a single resource (SU-MIMO). This technique is applied only to the Physical Downlink Shared Channel (PDSCH), which is a physical layer channel. As for the transmission mode, the simulator supports only the case of Spatial Multiplexing. The modulation schemes which are supported are the 4QAM, 16QAM και 64QAM. It is worth pointing out the variation of options that are available for the user through the application in order to assess the results and reach conclusions with regard to multiple cases and multiple scenarios of mobile communications of this specific technological standard.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιεί μια αξιολόγηση της απόδοσης έξι δεκτών για συστήματα πολλαπλών εισόδων – πολλαπλών εξόδων (ΜΙΜΟ). Αρχικά παρουσιάζεται η εξέλιξη των ασύρματων επικοινωνιών που ώθησαν την επιστημονική κοινότητα στην ανακάλυψη νέων μεθόδων που θα επιτρέπουν την αύξηση της αξιοπιστίας και της χωρητικότητας των ασύρματων ζεύξεων. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι βασικές θεωρητικές αρχές πάνω στις οποίες βασίζεται η τεχνική ΜΙΜΟ. Ακολουθεί σύντομη περιγραφή των αποτελεσμάτων της χρησιμοποίησης της τεχνικής αυτής στη χωρητικότητα των ασύρματων ζεύξεων. Στο κυριότερο μέρος της εργασίας παρουσιάζεται η λειτουργία των έξι διαφορετικών δεκτών. Η απόδοσή τους αξιολογείται μέσω προσομοιώσεων της λειτουργίας τους που υλοποιήθηκε με τη βοήθεια του λογισμικού Matlab. Μελετάται ο ρυθμός σφαλμάτων που εμφανίζεται για ασύρματο κανάλι που υπόκειται σε flat fading Rayleigh διαλείψεις με τη χρησιμοποίηση MQAM διαμόρφωσης για εύρος σηματοθορβικού λόγου από 0 έως 20 dB . Τέλος πραγματοποιείται μια σύγκριση της απόδοσης των διαφορετικών δεκτών για ταυτόχρονη αποκωδικοποίηση του ίδιου σήματος που διέρχεται μέσω του MIMO καναλιού., The purpose of this thesis is to evaluate the performance of six receivers for multiple input – multiple output (MIMO) spatial multiplexing systems. Initially, we present the evolution of wireless communications which has prompted the scientific community in finding new methods for increasing reliability and capacity of wireless links. Following are the basic theoretical principles upon which the MIMO technique is based. Afterwards we present a brief description of the impact that the use of this technique has on the capacity of wireless links. In the main part of this thesis we present the operation of the six different spatial multiplexing receivers. Their performance is evaluated with the use of simulations of their operation that are implemented in Matlab. We study the bit error rate that occurs in the transmission of data through a flat fading Rayleigh wireless channel with the use of MQAM modulation for a signal to interference ratio of 0 to 20 dB. Finally we present a performance comparison between the different receivers for the simultaneous decoding of the same signal that passes through the MIMO wireless channel.

Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει την ανάλυση του Multipath TCP, ενός νέου πρωτοκόλλου που ανήκει στο επίπεδο μεταφοράς, που έχει ως στόχο την εκπομπή και λήψη δεδομένων σε δύο ή περισσότερες ζεύξεις ταυτόχρονα εντός μιας σύνδεσης. Στην εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των δοκιμών που διενεργήθηκαν, τόσο σε επίπεδο προσομοίωσης, χρησιμοποιώντας τον προσομοιωτή ns-2, όσο και σε πραγματικές συνθήκες, χρησιμοποιώντας δύο είδη διεπαφών: WiFi και 3G/HSPA. Για τις δοκιμές σε πραγματικές συνθήκες, χρησιμοποιήθηκε η υλοποίηση του Multipath TCP στο λειτουργικό σύστημα Linux, που δημιουργήθηκε από τον Sebastian Barre, του Πανεπιστημίου της Λέουβεν στο Βέλγιο (Universite catholique de Louvain - Belgique). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το πρωτόκολλο επιτυγχάνει παραπλήσια ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων σε τερματικά με δύο διεπαφές WiFi, σε σχέση με το άθροισμα των ταχυτήτων μεταφοράς όταν χρησιμοποιούνται οι δύο διεπαφές ξεχωριστά. Επίσης τα αποτελέσματα δείχνουν την αδυναμία χρήσης του πρωτοκόλλου σε δίκτυα 3G/HSPA, λόγω της αφαίρεσης των TCP Options, που ορίζει το πρωτόκολλο και είναι απαραίτητα για την εγκατάσταση των υποροών, από τους ενδιάμεσους κόμβους (middleboxes) του κορμού δικτύου από την πλευρά του 3G Παρόχου. Στην περίπτωση αυτή, παρόλη την μη επίτευξη μιας σύνδεσης Multipath TCP, η σύνδεση συνεχίζει ως μια κανονική TCP σύνδεση, χρησιμοποιώντας μόνο μια εκ των δύο διεπαφών.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η περιγραφή του τρόπου λειτουργίας των ασυρμάτων τοπικών δικτύων ,των DNS Tunnels και η παραβίαση της ασφάλειας. Θα αναφερθούν γνωστές υλοποιήσεις για DNS Tunneling. Θα χρησιμοποιηθεί η εφαρμογή Iodine για να παρακάμψει ένα Captive Portal και να αποκτήσει ένας χρήστης μη πληρωμένη πρόσβαση στο Διαδίκτυο. Στη συνέχεια θα αναλυθούν οι τεχνικές ανίχνευσης DNS Tunneling και η εφαρμογή τους. Πιο αναλυτικά, το κεφάλαιο ένα περιγράφει την ανάγκη του σύγχρονου ανθρώπου για επικοινωνία και δικτύωση, τον ορισμό, την αρχιτεκτονική και τις κατηγορίες που διαχωρίζονται τα δίκτυα δεδομένων. Το κεφάλαιο δύο εξηγεί τι είναι το ασύρματο τοπικό δίκτυο και γιατί προτιμάται σε αντίθεση με το ενσύρματο δίκτυο. Περιγράφει την εξέλιξη, τα δομικά στοιχεία, τα πρότυπα, τις τοπολογίες του προτύπου 802.11 και τον τρόπο λειτουργίας του. Το κεφάλαιο τρία περιγράφει την ασφάλεια στα ασύρματα δίκτυα, τα πρωτόκολλα, την επικύρωση και την κρυπτογράφηση. Αναλύει γνωστές απειλές και τον τρόπο που πρέπει να εφαρμόζεται η ασφάλεια σε ένα ασύρματο τοπικό δίκτυο. Στο τέταρτο κεφάλαιο πραγματοποιείται η παραβίαση της ασύρματης ασφάλειας. Γίνεται επισκόπηση του DNS και του DNS tunneling. Παρουσιάζονται γνωστές υλοποιήσεις DNS Tunneling και επιλέγεται μία από αυτές το Iodine για την πραγματοποίηση της επίθεσης στο Hotspot των Starbucks. Τέλος, το πέμπτο κεφάλαιο περιγράφει γενικές τεχνικές μετριασμού επιθέσεων, αναλύει τις δύο τεχνικές ανίχνευσης DNS Tunneling και παρουσιάζει την εφαρμογή ορισμένων τεχνικών ανίχνευσης., The purpose of this thesis is to describe the way wireless networks as well DNS Tunnels works and security violation with use of DNS Tunneling. Known DNS Tunneling utilities will be reported. The Iodine utility will be used to bypass a captive portal (or Hotspot‘s access control lists) and a host will gain access to Internet without to pay money. Afterwards, detection techniques and their implementation will be analyzed. More specifically, chapter one describes the human need for communication and networking, the definition, the architecture and the categories that wireless networks are divided into. Chapter two explains what is the wireless local network and the reasons that it is preferred contrary to the wired network. It describes the evolution, the components, the standards, the topologies of 802.11 standard and way it works. Chapter three describes the security in the wireless networks, the protocols, the authentication and the encryption. It analyzes known threats and the way that security should be implemented in a wireless local network. Chapter four describes the violation of wireless security. Overview of DNS and of DNS Tunneling. Known DNS Tunneling utilities are presented and one of them “Iodine” is selected to perform an attack in Starbuck’s Hotspot. In conclusion, chapter five describes general techniques of attacks mitigation, analyzes the two techniques of DNS Tunneling detection and presents the implementation of certain techniques of detection.

To Σύστημα Long Term Evolution (LTE) του Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) γνωστό και ως Evolved Packet System (EPS) είναι μια καινοτόμα κίνηση στον τομέα των ασύρματων επικοινωνιών. Μια τέτοια επαναστατική κίνηση υποκινείται από την ακατάπαυστη αύξηση της ζήτησης συνδέσεων γρήγορων ταχυτήτων στα δίκτυα, χαμηλών χρόνων καθυστερήσεων, χαμηλών ρυθμών σφαλμάτων και ελαστικότητας διότι οι νέοι χρήστες και οι εφαρμογές δικτύων εξαρτώνται πολύ από αυτές τις απαιτήσεις για να απολαμβάνουν επαρκή λειτουργικότητα και απόδοση. Το Third Generation Partnership Project Long Term Evolution (3GPP LTE) υπόσχεται υψηλούς ρυθμούς δεδομένων και στην ανερχόμενη και στην κατερχόμενη ζεύξη, φασματική επάρκεια, χαμηλούς χρόνους καθυστέρησης και χαμηλό ρυθμό σφαλμάτων. Αυτοί οι στόχοι λειτουργίας και επίδοσης του 3GPp LTE είναι αξιέπαινοι και μπορούν να επιτευχθούν με αρκετή σιγουριά. Το LTE αξιοποιεί μια πληθώρα τεχνολογιών. Ονομαστικά τις Τεχνικές Πολλαπλών Εισόδων Πολλαπλών Εξόδων κεραιών (Multiple Input Multiple Output - MIMO), της Πολυπλεξίας Ορθογώνιας Διαίρεσης Χρόνου (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM), της Πολλαπλής Πρόσβασης Ορθογώνιας Διαίρεσης Χρόνου (Orthogonal Frequency Division Multiple Access - OFDMa) στην κατερχόμενη ζεύξη και της τεχνική Πολλαπλής Πρόσβασης Διαίρεσης Συχνότητας Μονού Φέροντος (Single Carrier Frequency Division Multiple Access - SC- FDMA) στην ανερχόμενη ζεύξη. Επίσης υποστηρίζει τις τεχνικές διαμόρφωσης Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), 16 Quadrature Amplitude Modulation (16qAm), και 64QaM. Το πρότυπο του LTE είναι σχεδιασμένο ώστε να παρέχει ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων στη καθοδική ζεύξη (downlink) της τάξης των 300 Mbps και στην ανοδική (uplink) μέχρι και 75 Mbps. Επίσης παρέχει Ποιότητα Υπηρεσιών (Quality of Service - QoS) η οποία ορίζει καθυστέρηση διάδοσης μικρότερη από 5ms στο δίκτυο ραδιο-πρόσβασης. Λόγω της αύξησης των έξυπνων τερματικών και την ανάγκη για όλο και μεγαλύτερη μετάδοση δεδομένων, τα ετερογενή δίκτυα είναι μια προτεινόμενη λύση για την αποσυμφόρηση και την αύξηση της ταχύτητας του δικτύου. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία προτείνεται και αναλύεται μια πιθανοτική και πλήρως κατανεμημένη μέθοδος συλλογής και συνάθροισης δεδομένων για ετερογενή δίκτυα.

Θα βρείτε το υλικό στα ράφια, λόγω έλλειψης ηλεκτρονικού αρχείου., Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει την ανάλυση του Multipath TCP, ενός νέου πρωτοκόλλου που ανήκει στο επίπεδο μεταφοράς, που έχει ως στόχο την εκπομπή και λήψη δεδομένων σε δύο ή περισσότερες ζεύξεις ταυτόχρονα εντός μιας σύνδεσης. Στην εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των δοκιμών που διερνεργήθηκαν, τόσο σε επίπεδο προσομοίωσης, χρησιμοποιώντας τον προσομοιωτή ns-2, όσο και σε πραγματικές συνθήκες, χρησιμοποιώντας δύο είδη διεπαφών”: Wifi και 3G/HSPA. Για τις δοκιμές σε πραγματικές συνθήκες, χρησιμοποιήθηκε η υλοποίηση του Multipath TCP στο λειτουργικό σύστημα Linux, που δημιουργήθηκε από τον Sebastian Barre, του Πανεπιστημίου της Λέουβεν στο Βέλγιο. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το πρωτόκολλο επιτυγχάνει παραπλήσια ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων σε τερματικά με δύο διεπαφές Wifi, σε σχέση με το άθροισμα των ταχυτήτων μεταφοράς όταν χρησιμοποιούνται οι δύο διεπαφές ξεχωριστά. Επίσης τα αποτελέσματα δείχνουν την αδυναμία χρήσης του πρωτοκόλλου σε δίκτυα 3G/HSPA, λόγω της αφαίρεσης των TCP Options, που ορίζει το πρωτόκολλο και είναι απαρίτητα για την εγκατάσταση των υποροών, από τους ενδιάμεσους κόμβους (middleboxes) του κορμού δικτύου από την πλευρά του 3G Παρόχου. Στην ερίπτωση αυτή, παρόλη την μη επίτευξη μιας σύνδεσης Mulipath TCP, η σύνδεση συνεχίζει ως μια κανονική TCP σύνδεση, χρηιμοποιώντας μόνο μια εκ των δύο διεπαφών.

Στη διατριβή αυτή εξετάζεται το πρόβλημα της αντιμετώπισης παρεμβολών στα σύγχρονα ασύρματα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα. Συγκεκριμένα, η μελέτη αναφέρεται σε συστήματα στα οποία η μετάδοση της πληροφορίας πραγματοποιείται με χρήση της ορθογωνικής πολυπλεξίας στα πεδία της συχνότητας, του χώρου, της κωδικοποίησης και υβριδικές προσμίξεις αυτών. Η προσέγγιση που ακολουθείται δραστηριοποιείται σε δύο κύριους άξονες. Το αντικείμενο του πρώτου άξονα είναι η ανάλυση, αξιολόγηση και βελτιστοποίηση της τεχνικής διαδοχικής ακύρωσης παρεμβολών. Το αντικείμενο του δεύτερου άξονα είναι ο έλεγχος πρόσβασης και η διαχείριση ραδιοπόρων στα ανωτέρω συστήματα. Η εν λόγω δραστηριοποίηση αναλύεται από την πλευρά του δέκτη, αποσκοπώντας σε μία συνολική δεκτοκεντρική αντιμετώπιση των παρεμβολών. Αρχικά περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά των σύγχρονων δικτυακών υποδομών και το φαινόμενο της παρεμβολής κατά τη διάδοση του σήματος στο κανάλι επικοινωνίας. Επίσης, πραγματοποιείται μία πλήρης καταγραφή και αξιολόγηση των σημαντικότερων δεκτοκεντρικών τεχνικών διαδοχικής ακύρωσης παρεμβολών, σε σχέση με την αποδοτι¬κότητα και την πολυπλοκότητα που επιφέρουν στο δέκτη. Κατόπιν προτείνεται μία νέα τεχνική, η οποία χρησιμοποιεί υβριδικά δύο διαφορετικούς τρόπους ανίχνευσης του σήμα¬τος, σύμφωνα με τον κατάλληλο μηχανισμό μεταγωγής. Στόχος της τεχνικής αυτής είναι η βελτιστοποίηση της αντιστάθμισης απόδοσης-πολυπλοκότητας στο δέκτη. Στην συνέχεια αναλύεται θεωρητικά η επίδοση της τεχνικής διαδοχικής ακύρωσης πα¬ρεμβολών, όπου εξάγονται χρήσιμες στατιστικές μετρικές σε μαθηματικές εκφράσεις κλει¬στού τύπου. Με τον τρόπο αυτό γενικεύονται ορισμένα αποτελέσματα που έχουν ήδη δημοσιευθεί στο παρελθόν, ενώ αναλύεται θεωρητικά η πιθανότητα διάδοσης σφάλματος της τεχνικής αυτής για πρώτη φορά στη βιβλιογραφία. Τέλος, προτείνεται ένας νέος αλγόριθμος ελέγχου πρόσβασης, όπου η διαχείριση ραδιο- πόρων στους επιμέρους χρήστες του συστήματος και η μείωση των παρεμβολών πραγμα-τοποιούνται από την πλευρά του δέκτη. Τα οφέλη που προκύπτουν είναι η βελτίωση της ανθεκτικότητας του σήματος σε σφάλματα κατά τη μετάδοση και η ελαχιστοποίηση της σηματοδοσίας μεταξύ του πομπού και του δέκτη., This dissertation addresses the problem of interference management in modern wireless telecom-munication networks. Particularly, the study is focused on systems that support orthogonal transmission in the domain of frequency, space and code, solely or jointly. The developed ap-proach is established in two frameworks. The main objective of the first framework is the anal-ysis, the evaluation and the optimization of the successive interference cancellation technique. The objective of the second one is the admission control and the radio resource management in such systems. Both frameworks are implemented in a receiver-centric regime. Firstly, the basic features of the transceiver and the wireless channel along with the interfer¬ence effect are analytically described. Furthermore, a detailed evaluation of the most important successive interference cancellation techniques is performed with respect to the receiver's per¬formance and complexity. Afterwards, a new technique is presented, which utilizes jointly two different equalization strategies for the signal detection, according to the appropriate switch¬ing method. The main objective at this point is the optimization of the performance-complexity tradeoff at the receiver side. Moreover, a theoretical performance analysis of the successive interference cancellation technique is provided and useful statistical metrics are derived in closed-form mathematical expressions. More specifically, some already published results are generalized, whereas the potential error propagation effect, caused by this technique, is analytically evaluated for the first time in the bibliography. Finally, a new admission control algorithm is presented, where the radio resource man¬agement to the system's users and the overall interference reduction are accomplished at the receiver. The main benefits of this approach are the optimization of the signal's robustness in terms of the error rate during the transmission and the reduction of the signaling overhead between the transmitter and the receiver.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιαστούν και να μελετηθούν στοιχεία σχετικά με τις γνωστικές λειτουργίες σε ασύρματες κινητές συσκευές. Η παρούσα εργασία περιγράφει κάποια βιβλιογραφικά δεδομένα σχετικά με το αντικείμενο αυτό, καθώς επίσης δίνει και κάποιες πληροφορίες για την λειτουργία των Web Services. Τέλος, αναπτύχθηκε μια custom εφαρμογή για την επιλογή και χρήση υπηρεσιών σε ασύρματες κινητές συσκευές.

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μία μελέτη και ανάλυση του υπολογισμού ομοδιαυλικών παρεμβολών σε κυψελωτά συστήματα επικοινωνιών με διαφορετικές μεθόδους πολλαπλής πρόσβασης. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το πηλίκο σήματος προς συνολική παρεμβολή για διάφορα επίγεια κυψελωτά συστήματα όπως TDMA cellular, OFDM/CDMA κυψελωτά, και CDMA συστήματα πολλαπλής πρόσβασης. Επίσης μελετάται η επίδοση των κυψελωτών επίγειων συστημάτων ως προς το πηλίκο σήματος προς συνολική παρεμβολή στην περίπτωση ομοκατευθυντικών και κατευθυντικών κεραιών βάσης. Στο δεύτερο κεφάλαιο δημιουργείται και παρουσιάζεται αναλυτικά μία προσομοίωση ενός κυψελωτού συστήματος στο λογισμικό Matlab και υπολογίζεται η πιθανότητα διακοπής ζεύξης (outage probability) για διάφορες παραμέτρους του συστήματος όπως του συντελεστή επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων, το είδος των κεραιών βάσης, αλλά και του περιβάλλοντος διάδοσης με κυριότερη παράμετρο τον εκθέτη απωλειών διάδοσης. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων και τα συμπεράσματα για την επίδραση των διαφόρων παραμέτρων του συστήματος στην επίδοση της πιθανότητας διακοπής ζεύξης παρουσιάζονται στο τρίτο κεφάλαιο, ενώ ο συνολικός κώδικας της προσομοίωσης δίνεται στο παράρτημα.

Στα πλαίσια του project ASMONIA παρουσιάζεται μία ανάλυση ρίσκου για τηλεπικοινωνιακά δίκτυα τέταρτης γενιάς (4G) και προτείνεται μία αρχιτεκτονική η οποία επιτρέπει σε παρόχους τηλεπικοινωνιακών δικτύων, κυβερνητικούς και άλλους φορείς να συνεργαστούν προκειμένου να επιτευχθεί μεγαλύτερη ασφάλεια μέσω της διαμοίρασης πληροφοριών σχετικά με περιστατικά ασφάλειας. Η ανάλυση ρίσκου ακολουθεί μία ποσοτική μέθοδο η οποία όμως κρίνεται αδύναμη καθώς ο παράγοντας των συνεπειών (impact) δεν ερμηνεύεται μέσω μίας αντικειμενικής κλίμακας και για το λόγο αυτό προτείνεται μία πιθανή ερμηνεία της κλίμακας. Η αρχιτεκτονική που προτείνεται περιλαμβάνει τον σχηματισμό ενός δικτύου ACN (ASMONIA Collaborative Network) το οποίο προϋποθέτει επιπλέον υποδομές και τεχνικά μέσα προκειμένου η ανταλλαγή των πληροφοριών να γίνεται με ασφάλεια. Οι προτάσεις που παρουσιάζονται αποτελούν μία αρκετά καλή πρώτη προσέγγιση αφήνουν όμως αρκετά κενά, γεγονός που καθιστά δύσκολη την εφαρμογή τους, η οποία καθίσταται ακόμη πιο δύσκολη λόγω κυρίως του κόστους αλλά και της φύσης των σχέσεων των συμμετεχόντων, οι οποίες είναι ανταγωνιστικές.

Η ενιαία επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων (single frequency reuse) χρησιμοποιείται ευρέως στα πιο εξελιγμένα σύγχρονα ασύρματα συστήματα, όπως το Long Term Evolution Advanced (LTE-A) [1], για την αντιμετώπιση του μέσου αυξανόμενου throughput των κυψελών, χωρίς επέκταση του εύρους ζώνης. Όμως, αν σε αυτά τα συστήματα απουσιάζουν οι τεχνικές περιορισμού παρεμβολής, οι cell- edge user equipments (UEs) θα υποφέρουν από ισχυρή παρεμβολή γειτονικών κυψελών, που υποβαθμίζει το UE throughput. Με σκοπό να βελτιωθεί το μέσο throughput των κυψελών καθώς και το cell-edge UE throughput, μία ισχυρή τεχνική περιορισμού της παρεμβολής αποτελεί αναπόφευκτο κομμάτι των ασύρματων συστημάτων. Σε αυτήν την εργασία, στο κεφάλαιο 2, παρουσιάζεται η συνεργασία σε ένα πολύ-κυψελικό περιβάλλον όπου οι σταθμοί βάσης (BSs) επιθυμούν από κοινού να εξυπηρετήσουν πολλούς χρήστες, κάτω από ένα περιορισμένης- χωρητικότητας backhaul. Για περιορισμένη backhaul χωρητικότητα αναδύεται ένα trade-off μεταξύ της διαμοίρασης δεδομένων, (πλήρης ΜΙΜΟ cooperation), και της μη εφαρμογής αυτής, (που περιορίζει τη διάταξη σε ένα Interference channel αλλά επίσης απαιτεί λιγότερο overhead). Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν πως η backhaul χωρητικότητα καθορίζει πόσα από τα δεδομένα αξίζει να μοιραστούν σε πολλούς BSs. Στο επόμενο κεφάλαιο παρουσιάζονται ένας user equipment pair selection αλγόριθμος και ένας cooperative proportional fair scheduling αλγόριθμος. Το coordinated multi-point πλαίσιο μετάδοσης βασισμένο στο cooperative rate splitting σχήμα προτείνεται στο LTE-A σύστημα και θεωρείται ότι βελτιώνει την απόδοση του cell-edge UE αποκωδικοποιώντας μέρος της παρεμβολής. Η εργασία αυτή όπως οι περισσότερες δημοσιεύσεις, αγνοεί το κύριο μειονέκτημα των συστημάτων αυτών, δηλαδή την ανάγκη για επιπρόσθετο backhaul. Για να περιορίσουμε αυτό το μειονέκτημα ένα πιο ρεαλιστικό σχήμα προτείνεται στο κεφάλαιο 4, το οποίο οργανώνεται ως εξής: Στο τμήμα Ι παρουσιάζονται το μοντέλο του συστήματος και το προτεινόμενο σχήμα μετάδοσης του CoMP via Cooperative Rate Splitting and Scheduling scheme under backhaul restriction . Στο τμήμα ΙΙ, εισάγονται οι εφικτές περιοχές rate των πέντε περιπτώσεων. Η μελέτη ολοκληρώνεται με την παρουσίαση και συζήτηση των αποτελεσμάτων προσομοίωσης στο τμήμα ΙΙΙ. Τέλος, ορισμένα συμπεράσματα παρουσιάζονται στο κεφάλαιο 5., Single frequency reuse is widely used in current state-of-the-art wireless systems, such as Long Term Evolution Advanced (LTE-A) [1], to deal with the increasing average cell throughput without bandwidth expansion. However, if interference mitigation techniques are absent in these systems, the cell-edge user equipments (UEs) will suffer from strong interference from adjacent cells which degrades the UE throughput. In order to improve the average cell throughput as well as the cell-edge UE throughput, a powerful interference mitigation technique is an inevitable part of wireless systems. In this study, in chapter 2, the cooperation in a multicellular environment where base stations (BSs) wish to jointly serve multiple users, under a constrained-capacity backhaul is presented. For finite backhaul capacity a trade-off between sharing user data, which allows for full MIMO cooperation, and not doing so, which reduces the setup to an interference channel but also requires less overhead, emerges. Simulation results illustrate how the capacity of the backhaul determines how much of the user data is worth sharing across multiple BSs. In the following chapter, one user equipment pair selection algorithm and a cooperative proportional fair scheduling algorithm are presented. The coordinated multi-point transmission framework based on the cooperative rate splitting scheme is proposed in the Long Term Evolution Advanced system and can be considered to improve the cell-edge UE performance by decoding part of the interference. This work, as the most publications in this field, neglects the main downside of such systems, namely, the need for an additional network backhaul. To erase this downside a more realistic scheme is proposed in chapter 4 which is organized as follows. In Section I, the system model and proposed transmission scheme of the CoMP via Cooperative Rate Splitting and Scheduling scheme under backhaul restriction, are presented. In Section II, the five cases achievable rate regions are introduced. The study is completed with a presentation and discussion of simulation results in Section III. Finally, some conclusions are presented in chapter 5.

The multimedia services provided through the internet have become an inseparable fact in people's life. In addition, the development of the technology has given the opportunity for such services through mobile devices and handheld devices. This is achieved with the deployment of the IMS. The high resource demanding services that the IMS provides such as video conferences, audio calls, applications, IP television and many more, must be streamed with high Quality of Service (QoS). Considering QoS, these infrastructures are employing a lightweight signaling protocol; SIP. This text based protocol is flexible enough to easily incorporate and provide different services. It is also a low resource demanding protocol without burdening the infrastructure with further delays during the session establishment handshakes. These advantages also have an inevitable drawback; there are many security vulnerabilities that can be exploited by malicious internal or external users in order to degrade the QoS causing Denial of Service (DoS), intercept the communication sessions, steal user's identities and credentials, utilizing different techniques. Moreover, the attacker can utilize techniques form the lower layers of the internet protocol stack in order to threaten SIP services. For instance, IP spoofing or Address Resolution Protocol (ARP) poising can be first step for an attacker in order to be able to manipulate a SIP request. Every architecture that utilizes SIP as signaling protocol is susceptible to such behaviors. Many scientific works pinpoint these vulnerabilities. In VoIP and IMS environments are deployed different security protocols hardening the defense against the above mentioned behaviors. For instance, in IMS it can be utilized the Authentication and Key Agreement (AKA) with IPsec, or the SIP Digest with TLS. These protocols provide authentication, confidentiality and integrity services to the communication. Also the SIP Digest can be utilized for low resource enabled devices but it provides only authentication support to SIP messages. Nevertheless, these mechanisms can prevent the most of the attacks that originated by external users but they cannot effectively discourage malicious subscribers to launch flooding or SIP signaling attacks through their security tunnels. Many researchers have presented scientific works towards the detection of such security incidents but the most of them cover only a minority of the attacks, or stay only in detection without being unable to prevent them or even they utilize heavy weight protocols such as Public Key Infrastructures (PKIs) with a tradeoff between security and the introduced delay. Also, other solutions such as Transport layer Security (TLS) and (Secure Multipurpose Internet Mail Extensions) (S/MIME) cannot deter internal flooding and signaling attacks and on top of that, they introduce large amount of overhead while the throughput can be 17 times greater (in the worst case scenario) without utilizing TLS. In this paper we present, to the best of our knowledge the most comprehensive and thorough cross layer mechanism that is able to detect and deter most of the attacks that can be launched against environments which use the SIP.

Η παρούσα διπλωματική εργασία χωρίζεται σε δύο μέρη. Το πρώτο μέρος περιγράφει και αναλύει όλα τα απαραίτητα -θεωρητικά- θέματα, ενώ το δεύτερο μέρος παρουσιάζει ένα συγ¬κεκριμένο μοντέλο συστήματος, τη προσομοίωσή του και τα επιθυμητά αποτελέσματα. Το θεωρητικό μέρος ξεκινάει με μια εισαγωγή στις ασύρματες, συνεργατικές και δορυφορικές επικοινωνίες χτίζοντας έτσι βήμα-βήμα τη γνώση που απαιτείται για το πιο σημαντικό μέρος το οποίο είναι η προσομοίωση. Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να α¬ναλυθεί η χρήση των επίγειων αναμεταδοτών σε ΜΙΜΟ (πολλαπλές κεραίες στην είσοδο και έξοδο) πολυκυψελωτό δορυφορικό σύστημα, εφαρμόζοντας τεχνικές όπως amplify and for¬ward (AF) η οποία ενισχύει το σήμα και το προωθεί. Το συγκεκριμένο μοντέλο συστήματος αποτελείται από τον κόμβο πηγής με πολλαπλές κεραίες, τους πολλαπλούς κόμβους αναμετα¬δοτών με επίσης πολλαπλές κεραίες για κάθε κόμβο αναμεταδότη και τον κόμβο προορισμού που και εδώ εφαρμόζονται πολλαπλές κεραίες. Εστιάζει κυρίως στις τυπικές γραμμικές τεχνικές ανίχνευσης συμπεριλαμβανομένης της τεχνικής μηδενισμού (ZF) και της τεχνικής του ελάχιστου μέσου τετραγωνικού σφάλματος (MMSE). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η απόδοση των γραμμικών μεθόδων ανίχνευσης είναι χειρότερη από εκείνη των άλλων μη γραμ¬μικών τεχνικών δέκτη, αλλά κάποιες φορές είναι προτιμότερες εξαιτίας της πολυπλοκότητας της εφαρμογής του υλικού. Ωστόσο τα αποτελέσματα μπορούν να βελτιωθούν χωρίς ση¬μαντική αύξηση της πολυπλοκότητας, χρησιμοποιώντας μια μέθοδο ακύρωσης διαδοχικών παρεμβολών (OSIC). Από τις προσομοιώσεις παρατηρείται πως συμπεριφέρεται το BER αρχικά με τις τέσσερις γραμμικές τεχνικές ανίχνευσης ZF, MMSE, SIC-ZF, SIC MMSE για τις περιπτώσεις "με τη χρήση του πίνακα κέρδους κυψέλης" και "χωρίς τη χρήση του πίνακα κέρδους κυψέλης”, δεύτερον με την αύξηση του παράγοντα ενισχύσεως και τέλος με διαφορετικά είδη διαμόρφωσης. Επίσης, καταλήγει στο συμπέρασμα ποια είναι η καλύτερη θέση των χρηστών σε κάθε κυψέλη για να μεγιστοποιείται το κέρδος. Τέλος, η υπολογισμένη μέση χωρητικότητα παρουσιάζεται αυξάνοντας κάθε φορά τον αριθμό των κεραιών και των αναμεταδοτών., This thesis is divided into two parts; the first part describes and analyzes all the nec¬essary for the subject theory whereas the second part presents a specific system model, its simulation and finally the desirable results. The theoretical section opens with an introduction to wireless, cooperative and satellite communications, building step by step the knowledge needed for the most important part which is the performance evaluation through simulation. The purpose of the present thesis is to analyze the usage of terrestrial relays in MIMO multi-beam satellite systems implementing techniques such as amplify and forward (AF). The system model consists of the source node, multi-relay nodes and the destination node, all equipped with multiple antennas. We focus more on standard linear detection methods including the zero-forcing (ZF) technique and the minimum mean square error (MMSE) technique. The results show that the performance of the linear detection methods is worse than that of other nonlinear receiver techniques but sometimes are preferable because of their low complexity of hardware implementation. However, the results can be improved without increasing the complexity significantly us¬ing an ordered successive interference cancellation (OSIC) method. By the simulations we observe how BER is behaving firstly with the four linear detection ZF, MMSE,SIC- MMSE and SIC-ZF for the cases "With Beam Gain Matrix" and "Without Beam Gain Matrix", secondly with the increase of amplification factor and lastly with different kinds of modulation. Also, we reach the conclusion of which is the best position for the users in each beam in order to maximize the gain. Finally, the calculated average capacity is presented when increasing the number of relays.

Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων είναι μια τεχνολογία που τα τελευταία χρόνια αποτελεί αντικείμενο εκτεταμένης μελέτης από την βιομηχανία και από τον ακαδημαϊκό χώρο. Οι προκλήσεις κατά το σχεδιασμό και την ανάπτυξη των δικτύων αυτών είναι πολλές, ωστόσο η ενέργεια αποτελεί το πρωταρχικό και κρίσιμο παράγοντα. Πολλοί αλγόριθμοι δρομολόγησης και τεχνικές βελτιστοποίησης της ενέργειας έχουν αναπτυχτεί για το σκοπό αυτό στα ασύρματα Ad-hoc δίκτυα, ωστόσο η μεταφορά τους στα δίκτυα αισθητήρων δεν έχει πάντοτε τα προσδοκώμενα ενεργειακά οφέλη κυρίως λόγο της ιδιαίτερης φύσης των δικτύων αυτών. Για το σκοπό αυτό, τελευταία κερδίζουν έδαφος ολοένα και περισσότερο δίκτυα αισθητήρων στα οποία όλοι οι κόμβοι τους δεν είναι στατικοί αλλά κάποιοι μπορούν να κινούνται στο δίκτυο. Στην εργασία αυτή, αρχικά γίνεται μια ανασκόπηση των χαρακτηριστικότερων λύσεων και προσεγγίσεων που αφορούν τη κινητικότητα στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Στη συνέχεια γίνεται μια ολοκληρωμένη μελέτη της τεχνολογίας ασυρμάτων δικτύων αισθητήρων JAVA Sun SPOTs όσον αφορά το υλικό (hardware) και το λογισμικό (software) τους. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στο προγραμματισμό τους και στη μελέτη των πρωτοκόλλων επικοινωνίας που χρησιμοποιούν. Εν κατακλείδι, η μελέτη ολοκληρώνεται με την πρακτική υλοποίηση ενός δικτύου αισθητήρων ελεγχόμενης κινητικότητας με βάση την εργασία των [1] με χρήση αποκλειστικά της τεχνολογίας των JAVA Sun SPOTs. Μέσα από την υλοποίηση, δίνονται λύσεις σε μια πλειάδα πρακτικών ζητημάτων οι οποίες ως επί το πλείστον καλύπτονταν περισσότερο μόνο σε θεωρητικό επίπεδο., Wireless Sensor Networks are a technology which has been the subject of extensive study by industry and academia in the last years. The challenges in the design and development of these networks are many, yet energy saving remains the primary and crucial factor. Many routing algorithms and power saving techniques have been developed for this purpose in wireless Ad-hoc networks, but when it comes to wireless sensor networks they do not always have the desirable energy saving effect mainly because of the special nature of sensor networks. For this purpose, mobile solutions have been proposed for wireless sensor networks where all nodes are not static but some of them can move in the network. In this thesis, firstly, we make a study on the most significant approaches and solutions related to mobility in wireless sensor networks. Secondly, we make a comprehensive study on the JAVA Sun SPOTs wireless sensor networks technology as far as their hardware and software is concerned. Particular emphasis is given on programming of Sun SPOTs as well as on the communication protocols they use. This study ends up with the design and development of a mobile controllable wireless sensor network based on the paper of [1] using exclusively the JAVA Sun SPOTs technology. Through this implementation, it provides solutions to a variety of practical issues which were mostly covered only in theory.

Τα οφέλη των συστημάτων MIMO είναι αναμφισβήτητα μείζονος σημασίας για την σχεδίαση των μελλοντικών ασύρματων δικτύων. Παρόλα αυτά η απαίτηση για πολλαπλές αλυσίδες ρα¬διοσυχνοτήτων είναι ένα σημαντικό μειονέκτημα το οποίο μπορεί να αυξήσει σημαντικά την απαίτηση σε χώρο και ενέργεια καθώς και σε πολυπλοκότητα. Για αυτό το λόγο και έχουν προταθεί τεχνικές που επιτυγχάνουν πολυπλεξία δεδομένων στο πεδίο των διαγραμμάτων ακτινοβολίας (beamspace domain) με χρήση μόνο ενός ενεργού στοιχείου και πολλαπλών παρασιτικών. Η πολυπλεξία επιτυγχάνεται με την αντιστοίχηση των συμβόλων προς με¬τάδοση σε διαφορετικά διαγράμματα βάσης. Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει τις δυνατότητες των συστημάτων BS-MIMO με χρήση παρασιτικών κεραιών. Ο τρόπος που χρησιμοποιείται μέχρι στιγμής για τον υπολογισμό της βάσης, λαμβάνει υπόψη του μόνο τα χαρακτηριστικά της κεραίας και αγνοεί την ύπαρξη του καναλιού. Με αυτό τον τρόπο δεν γίνεται η εκμετάλλευση του εκάστοτε καναλιού και είναι πολύ πιθανόν να προκύπτει σπατάλη των διαθέσιμων πόρων. Επομένως, είναι αναγκαία η ανάπτυξη μιας νέας τεχνικής η οποία θα λαμβάνει υπόψη της πέραν των χαρακτηριστικών της κεραίας και το υπάρχον κανάλι. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία προτείνεται μια προσαρμοστική τεχνική για τον υπολογισμό των τρισδιάστατων διαγραμμάτων βάσης, η οποία λαμβάνει υπόψη της και το κανάλι και είναι σε θέση να προσδιορίσει εκτός από τα νέα προσαρμοστικά διαγράμματα βάσης και το πλήθος των ενεργών βαθμών ελευθερίας (Aerial Degrees of Freedom, ADoF).

Η εποχή της Μ2Μ επικοινωνίας έχει πλέον έρθει και αναφέρεται στην επικοινωνία των συσκευών με ελάχιστη ανθρώπινη παρέμβαση ή με πλήρη απουσία αυτής. Ο ρόλος του Μ2Μ είναι να δημιουργήσει τις κατάλληλες συνθήκες ώστε μια συσκευή να ανταλλάξει πληροφορίες με μια εφαρμογή μέσω ενός δικτύου επικοινωνίας. Τα βασικότερα συστήματα Μ2Μ επικοινωνιών που έχουν αναπτυχθεί είναι το Bluetooth, το Wi-Fi και το Zigbee. Κύριος στόχος αυτής της εργασίας είναι να αναπτυχθεί ένα από τα συστήματα και συγκεκριμένα ένα Zigbee δίκτυο γραφείου στο οποίο εφαρμόζεται tree τοπολογία και να συγκριθεί με ένα παρόμοιο δίκτυο στο οποίο εφαρμόζεται In-Network data aggregation καθώς και με ένα δίκτυο στο οποίο εφαρμόζεται μια πιο Light έκδοση του data aggregation. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν μέσα από αυτή την ανάλυση είναι ότι με την εφαρμογή του data aggregation στο δίκτυο βελτιώνεται η απόδοση (throughput) του συστήματος ενώ με την απουσία αυτού βελτιώνεται η καθυστέρηση του συστήματος. Όμως υπάρχουν εφαρμογές που απαιτείται μια πιο Light έκδοση data aggregation στο δίκτυο ώστε να επιτευχθεί μικρότερη καθυστέρηση του συστήματος. Επιπλέον η Light data aggregation τεχνική δίνει τη δυνατότητα να προσαρμόζονται οι παράμετροι του συστήματος ανάλογα με τις απαιτήσεις του δικτύου. Επίσης αναλύεται η συμπεριφορά αυτών των δικτύων όταν αυξάνεται ο αριθμός των τερματικών συσκευών και παρατηρείτε ότι αν και η αύξηση αυτή επηρεάζει αρνητικά το δίκτυο από πλευρά καθυστέρησης, η απόδοση του συστήματος βελτιώνεται μιας και μειώνεται ο αριθμός των μεταδόσεων. Ωστόσο τα αποτελέσματα αυτά συμβάλλουν στη περαιτέρω έρευνα ώστε να αναπτυχθεί μια τεχνική του data aggregation η οποία θα είναι ευνοϊκή ως προς την καθυστέρηση.

Ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων αποτελείται από ένα μεγάλο αριθμό ασύρματων αισθητήρων χαμηλής ισχύος που είναι διασκορπισμένοι κατά μήκος μιας γεωγραφικής περιοχής. Το δίκτυο αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση και τον έλεγχο του φυσικού περιβάλλοντος από απομακρυσμένες τοποθεσίες. Κάθε κόμβος αισθητήρας τροφοδοτείται από μπαταρία και είναι εξοπλισμένος με έναν αισθητήρα, με δυνατότητες επεξεργασίας και με επικοινωνία μέσω εκπομπών μικρής εμβέλειας. Τα δεδομένα που ανιχνεύονται από τους αισθητήρες δρομολογούνται στον τελικό χρήστη μέσω αρχιτεκτονικών πολλών βημάτων μέχρι το base station. Σημαντικές εφαρμογές των ασύρματων δικτύων αισθητήρων περιλαμβάνουν real-time παρακολούθηση της κίνησης, έξυπνες εφαρμογές για το σπίτι, παρακολούθηση ασθενών στον τομέα της υγείας, αποφυγή και καταγραφή φυσικών καταστροφών κτλ. Η βασική λειτουργία των ασύρματων δικτύων αισθητήρων είναι η συστηματική συλλογή των δεδομένων που έχουν ανιχνευθεί έτσι ώστε να μεταφερθούν τελικά στο base station (που αναφέρεται ως Sink). Εφόσον οι κόμβοι αισθητήρες περιορίζονται από την ενέργεια, η επικοινωνία ανάμεσα στο base station και τους αισθητήρες πρέπει να είναι αποτελεσματική ως προς αυτό το χαρακτηριστικό. Η πρόκληση-κλειδί σε τέτοια περιβάλλοντα είναι ο σχεδιασμός πρωτοκόλλων δρομολόγησης που μεγιστοποιούν τη διάρκεια ζωής του δικτύου. Η διάρκεια ζωής του δικτύου είναι η χρονική στιγμή κατά την οποία ο πρώτος κόμβος αισθητήρας του δικτύου πεθαίνει, για παράδειγμα, τελειώνει η μπαταρία του. Η συλλογή και μεταφορά των δεδομένων είναι ένα σημαντικό θέμα στα δίκτυα αισθητήρων. Η βασική ιδέα είναι να συνδυαστούν δεδομένα από διαφορετικούς αισθητήρες με σκοπό να μειωθούν οι πλεονάζουσες μεταδόσεις, γεγονός που θα οδηγήσει σε αποτελεσματική χρήση των πόρων ενέργειας. Για τη διερεύνηση και την αξιολόγηση των πρωτοκόλλων δρομολόγησης σε ασύρματα δίκτυα αισθητήρων που λαμβάνουν υπόψη το πρόβλημα της δρομολόγησης προς το sink για M2M δίκτυα επικοινωνιών χρησιμοποιείται το πακέτο προσομοίωσης OPNET.

Στους γρήγορους ρυθμούς ανάπτυξης της τεχνολογίας, πολλές εφαρμογές έχουν συμβάλει πολύ στην απλούστευση των ρυθμών της ζωή μας, όπως τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, τα δίκτυα ασύρματης μετάδοσης. Ένα κλάδος που έχει συμβάλει επίσης, αλλά λίγοι τα γνωρίζουμε είναι και τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, τα οποία τα χρησιμοποιούμε ευρέως σε πολλούς τομείς, όπως είναι τα «έξυπνα κτίρια», στην παρακολούθηση του περιβάλλοντος, στην ιατρική, σε στρατιωτικές εφαρμογές κ.α. Στο μέλλον τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, πρόκειται να εισχωρήσουν πολύ περισσότερο, απ’ ότι στο παρόν. Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, τελευταία αναπτύσσονται ραγδαίως, μιας και τα κυριότερα στοιχεία αυτών είναι: η πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας κατά την διάρκεια λειτουργίας, ο πολύ μεγάλος χρόνος ζωής των πηγών ενέργειας που τα τροφοδοτούν και το κυριότερο, η λειτουργία τους με πολύ λίγη έως καθόλου επιτήρηση αυτών. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι να αναπτυχθεί ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων, που θα βασίζεται στα ασύρματα αισθητήρια Τmote Sky της εταιρείας MoteIv καθώς και μιας εφαρμογής που θα συλλέγει τα δεδομένα από αυτά και παράλληλα θα μπορούμε να τα επεξεργαζόμαστε απομακρυσμένα μέσω του Διαδικτύου.

Η χρήση πολλαπλών κεραιών τόσο στον πομπό όσο και στον δέκτη σε ασύρματα συστήματα, γνωστή και ως τεχνολογία ΜΙΜΟ (Multiple Input - Multiple Output), είχε καθιερωθεί τις τελευταίες δεκαετίες αφού τα οφέλη από τη χρήση τους είναι πολλά. Τα συστήματα ΜΙΜΟ δίνουν τη δυνατότητα αύξησης του ρυθμού μετάδοσης γραμμικά σύμφωνα με τον ελάχιστο αριθμό κεραιών (σε πομπό και δέκτη). Επιπλέον, οι τεχνικές ΜΙΜΟ ενισχύουν την αξιοπιστία στη σύνδεση και βελτιώνουν την κάλυψη. Τα συστήματα ΜΙΜΟ εισέρχονται στην επόμενη γενιά κινητής τηλεφωνίας και ασύρματων προϊόντων LAN με την υπόσχεση ότι θα υιοθετηθούν στο προσεχές μέλλον. Για να μπορέσουμε να χρησιμοποιήσουμε τα οφέλη των συστημάτων ΜΙΜΟ, πρέπει ο δέκτης να γνωρίζει το κανάλι επικοινωνίας ή ακόμα καλύτερα αυτό μπορεί να ενισχυθεί όταν και ο πομπός γνωρίζει το κανάλι. Η αξία της γνώσης του καναλιού μετάδοσης είναι πολύ σημαντική. Για παράδειγμα, σε ένα σύστημα με τέσσερις μμ κεραίες στον πομπό και δυο κεραίες στον δέκτη και με ανεξάρτητο και ταυτόσημα κατανεμημένο (iid- independent identically distributed) Rayleigh κανάλι με επίπεδες διαλείψεις (flat-fading), η γνώση του καναλιού μετάδοσης μπορεί να διπλασιάσει τη χωρητικότητα του καναλιού για σηματοθορυβικό λόγο 5dB και να προσθέσει ακόμα 1,5b/s/Hz στα 5dB SNR. Αυτό το εύρος τιμών SNR είναι συνηθισμένο σε πρακτικά συστήματα, όπως οι εφαρμογές Wi-Fi και WiMax. Σε ένα κανάλι που δεν είναι ανεξάρτητο και ταυτόσημα κατανεμημένο, η γνώση του καναλιού στον πομπό προσφέρει ακόμη μεγαλύτερη απόδοση. Η αξιοποίηση της πληροφορίας όταν το κανάλι είναι γνωστό στον πομπό (CSIT - Channel State Information at the Transmitter) έχει μεγάλο πρακτικό ενδιαφέρον για τα ασύρματα συστήματα ΜΙΜΟ., The use of multiple antennas at the transmitter and receiver in wireless systems, popularly known as MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) technology, has rapidly gained in popularity over the past decade due to its powerful performance-enhancing capabilities. MIMO systems provide the opportunity to increase the transmission rate linearly according to the lowest number of antennas (at the transmitter and the receiver). In addition, the MIMO techniques reinforce the reliability of the connection and enhance the coverage. MIMO systems are introduced in the next generation of mobile telephony and LAN wireless products promising that they will be adopted in the immediate future. In order to be able to benefit from MIMO systems only the receiver should know the communication channel or it is much better when the transmitter know the channel too. The value of transmit channel knowledge can be significant. For instance, in a four-transmit two-receive antenna system with independent distributed (i.i.d.) Rayleigh flat-fading, transmit channel knowledge can more that double the capacity at 5dB SNR and add 1.5b/s/Hz additional capacity of 5 dB SNR. The SNR ranges are common in practical systems such as Wi-Fi and Wimax applications. In a non-i.i.d. (independent and identically distributed) channel, the know of the transmitter channel offers greater leverage in performance. The evaluation of the information when the channel is known by the transmitter CSIT (Channel State Information) at the Transmitter has a great practical interest for the wireless MIMO systems.

Mobile ad hoc networks (MANETs) are wireless networks established by autonomous nodes without the aid of any established infrastructure. In MANETs, the nodes themselves implement the network management in a cooperative fashion and thus, all of them are responsible for this. Due to their wireless-mobile nature MANETs are susceptible to various attacks. This thesis focuses on exploring the attacks performed at the two most vulnerable layers, namely the Data Link and the Network layer. The ability to effectively detect these attacks is considered crucial for the survival of MANETs. Therefore, we provide a critical analysis of the most recently proposed detection schemes for both layers which can be used as bedrock for the creation of novel intrusion detection engines. In addition, this thesis proposes an Intrusion detection engine that is capable of detecting the majority of attacks performed at the MAC layer. The engine utilizes a specification-based mechanism, although it also uses some threshold based rules.

Στην παρούσα εργασία αναλύεται η επίδοση συστήματος πολλαπλής πρόσβασης με διαίρεση κώδικα (code division multiple access, CDMA) σε ένα ασύρματο κανάλι επικοινωνίας το οποίο μοντελοποιείται με Rayleigh διάλειψη. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα διάφορα ψηφιακά συστήματα για ασύρματα κυψελωτά συστήματα τα οποία έχουν υλοποιηθεί τις τελευταίες δεκαετίες. Ιδιαίτερα γίνεται αναφορά στα συστήματα τρίτης γενιάς (3 generation, 3G) τα οποία χρησιμοποιούν τεχνολογία ευρέως φάσματος (spread spectrum, SS) με CDMA. Το δεύτερο κεφάλαιο επικεντρώνεται σε αυτή τη τεχνολογία ασύρματης μετάδοσης με πολλαπλή πρόσβαση και αναφέρει αναλυτικά τους κώδικες που χρησιμοποιούνται και τα χαρακτηριστικά τους. Επίσης γίνεται αναφορά στα πρότυπα κινητών επικοινωνιών που βασίζονται στη τεχνολογία CDMA, όπως IS-95, CDMA2000, WCDMA, κτλ. Στο τρίτο κεφάλαιο μελετώνται τα πλεονεκτήματα της χρήσης τεχνολογίας SS-CDMA και τις παραμέτρους που επηρεάζουν τη χωρητικότητα ενός τέτοιου συστήματος. Στο τέταρτο κεφάλαιο υλοποιείται στο λογισμικό Matlab τους κώδικες που χρησιμοποιούν τα συστήματα CDMA και επαληθεύονται οι ιδιότητες τους ως προς τη συνάρτηση αυτοσυσχέτισης και ετεροσυσχέτισης. Στο πέμπτο κεφάλαιο παράγονται Gold codes από προτεινόμενα ζεύγη των m-sequences και μελετάται η συνάρτηση αυτοσυσχέτισης και ετεροσυσχέτισης που έχουν. Τέλος εισάγεται ο orthogonal Gold code. Στο έκτο κεφάλαιο δημιουργείται το σύστημα προσομοίωσης για εύρεση της επίδοσης bit error rate (BER) σε ασύρματο κανάλι Rayleigh με πολλαπλούς χρήστες. Με τη βοήθεια της προσομοίωσης υπολογίζεται η επίδοση του συστήματος όσο ο αριθμός των χρηστών αυξάνει και συγκρίνεται το BER για διαφορετικούς κώδικες CDMA.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η περιγραφή του τρόπου λειτουργίας, των πρωτοκόλλων κρυπτογράφησης και η παραβίαση της ασφάλειας των ασύρματων δικτύων. Με τη χρήση εξειδικευμένων λειτουργικών και εφαρμογών, θα πραγματοποιηθεί αναζήτηση και η καταγραφή όλων των ενεργών ασύρματων δικτύων σε συνοικίες της πόλης των Αθηνών. Με τη δημιουργία ενός xml parser θα γίνει η επεξεργασία των δεδομένων, θα δημιουργηθεί λεξικό επίθεσης και τέλος θα παραβιαστεί η ασφάλεια σε ένα ασύρματο δίκτυο κρυπτογράφησης WPA/WPA2. Πιο αναλυτικά, το κεφάλαιο ένα περιγράφει την ανάγκη του ανθρώπου για απομακρυσμένη επικοινωνία, τον ορισμό, την αρχιτεκτονική, τις κατηγορίες που διαχωρίζονται τα ασύρματα δίκτυα και τις διαφορές μεταξύ ασύρματης και ενσύρματης δικτύωσης. Το κεφάλαιο δύο περιγράφει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της χρήσης ασύρματων δικτύων, παρουσιάζονται οι συσκευές που χρησιμοποιούνται και γίνεται η περιγραφή των ασύρματων προτύπων δικτύωσης. Επιπλέον αναλύονται οι εκδόσεις και η αρχιτεκτονική του πρότυπου 802.11. Στο κεφάλαιο τρία γίνεται αναφορά στα είδη των αλγορίθμων κρυπτογράφησης, περιγράφονται και συγκρίνονται αναλυτικά τα πρωτόκολλα κρυπτογράφησης WEP και WPA/WPA2 και αναλύονται τα δύο είδη επιθέσεων. Το τέταρτο κεφάλαιο περιγράφει την παραβίαση της ασύρματης ασφάλειας. Παρουσιάζονται αναλυτικά τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για την αναζήτηση, την καταγραφή και την παραβίαση των ασύρματων δικτύων. Από την ανάλυση του xml αρχείου παρουσιάζονται ποσοτικές πληροφορίες σχετικά με τις κρυπτογραφικές μεθόδους και τα κανάλια εκπομπής που χρησιμοποιούνται. Επιπλέον εντοπίζεται βάση των στατιστικών η πλέον κοινή ονομασία ασύρματου δικτύου, και οι κρυπτογραφικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται. Τέλος γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων των επιθέσεων και αναλύονται λεπτομερώς τα αποτελέσματά τους., The purpose of this thesis is to describe the way wireless networks work, as well as their encryption protocols and security violation. More precisely, all active wireless networks within regions of Athens will be searched for and registered through the use of specific functions and applications. By creating an xml parser data will be processed, a dictionary attack will be created and finally the security of an encrypted WPA/WPA2 wireless network will be violated. More specifically, chapter one describes the human need for remote communication, the definition, the architecture, the categories that wireless networks are divided into and the differences between wireless and wired networking. Chapter two describes the advantages and disadvantages in using wireless networks, analyzes wireless devices being used and describes wireless networking standards. Moreover, it gives the analysis of publications and architecture of the standard 802.11. Chapter three refers to the types of encryption algorithms, describes and compares in detail the encryption protocols WEP and WPA/WPA2 and analyzes two types of attacks. Chapter four describes the violation of wireless security. It presents in detail the tools used for searching, registrating and violating wireless networks. The analysis of the xml file presents statistical information about cryptographic methods and the channels in use. Additionally, based on the statistics, the most common wireless network ssid and cryptographic methods primarily used are found. Finally, the effects of the attacks will be compared and the results will be analyzed in detail.

Στόχος της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι να περιγράψει τα κυριότερα υπάρχοντα Συστήματα Κινητών Επικοινωνιών μέσω ερωτήσεων πολλαπλών επιλογών για την καλύτερη κατανόηση τους. Γίνεται αναφορά στις τεχνικές μετάδοσης πληροφορίας, στο ραδιοδίαυλο, όσο και στα βασικά χαρακτηριστικά των κυριότερων Συστημάτων Κινητών Επικοινωνιών. Η εργασία απευθύνεται κυρίως στους φοιτητές του Προπτυχιακού και Μεταπτυχιακού αντίστοιχα Προγράμματος Σπουδών του Τμήματος Ψηφιακών Συστημάτων του Πανεπιστημίου Πειραιώς.

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία πραγματεύεται το πρόβλημα της εκτίμησης καναλιού στα συστήματα orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). Η διαδικασία αυτή συγκεντρώνει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον καθώς συνδέεται με την επίδοση των ασύρματων τηλεπικοινωνιακών συστημάτων. Η άγνωστη συνάρτηση μεταφοράς του καναλιού στα ασύρματα συστήματα μετάδοσης καθιστά απαραίτητη την εκτίμηση του καναλιού πριν από τη διαδικασία ανίχνευσης το σήματος μετάδοσης. Στην εργασία αυτή, αρχικά, περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά του σήματος μετάδοσης με OFDM. Ως σημαντικότερα πλεονεκτήματα του OFDM δίνονται η μέγιστη φασματική απόδοση λόγω της αλληλοεπικάλυψης ορθογωνίων φερόντων που χρησιμοποιεί αλλά και η αποφυγή της διασυμβολικής παρεμβολής λόγω πολυδιαδομικής μετάδοσης με τη χρήση του κυκλικού προθέματος, αλλά και η χρήση του IFFT για την εύκολη υλοποίησή του. Στη συνέχεια, στο κεφάλαιο 3, παρουσιάζονται οι εξισώσεις που δίνουν την εκτίμηση του καναλιού με το κριτήριο ελαχιστοποίησης του μέσου τετραγωνικού σφάλματος και στο κεφάλαιο 4 με τη μέθοδο ελαχίστου τετραγωνικού σφάλματος. Τέλος, στο κεφάλαιο 5, υλοποιούνται οι δύο αλγορίθμους σε ένα περιβάλλον πολυδιαδρομικής μετάδοσης με διάλειψη Rayleigh και συγκρίνεται η επίδοση τους με κριτήριο το μέσο τετραγωνικό σφάλμα της κάθε μεθόδου.

Η τεχνολογική αιχμή που χαρακτηρίζει την εποχή μας και το πλήθος των εφαρμογών που αυτή συνεπάγεται καθιστούν επιτακτική την ανάγκη για ψηφιακή μετάδοση μεγάλων αποστάσεων με υψηλή ποιότητα υπηρεσίας, μικρή πολυπλοκότητα υλοποίησης, εξοικονόμηση φάσματος, ταχύτερες μεταδόσεις και πρωτίστως με μικρό κόστος. Μια κατηγορία δικτύων με αυτά τα χαρακτηριστικά είναι τα ασύρματα ευρυζωνικά δίκτυα. Γίνεται αναφορά στα ασύρματα ευρυζωνικά δίκτυα που έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια παγκοσμίως και στην ανάπτυξή τους που είναι μεγάλη και ταχύτατη. Η WiMAX (worldwide interoperability for microwave access) τεχνολογία είναι σχεδιασμένη να υλοποιεί fixed και mobile εφαρμογές μαζί. Ανήκει στα IEEE 802.16 πρότυπα και συγκεκριμένα αυτή η εργασία ασχολείται με τα πρότυπα IEEE 802.16e-2005 και IEEE 802.16-2004 για mobile και fixed εφαρμογές του WiMAX αντίστοιχα. Τις βελτιώσεις και τις προσθήκες δηλαδή που έγιναν στο 802.16e-2005 σε σχέση με το IEEE 802.16-2004. Μερικές από τις βασικές τεχνικές προκλήσεις που αντιμετωπίζει το WiMAX ώστε να γίνει μια πρωτοπόρα, αξιόπιστη, πιο γρήγορη και φτηνή λύση. Για παράδειγμα: υψηλή φασματική απόδοση και κάλυψη, προκειμένου να παραδοθούν οι ευρυζωνικές υπηρεσίες σε έναν μεγάλο αριθμό χρηστών, που χρησιμοποιούν περιορισμένο διαθέσιμο φάσμα, υποστηρικτικές, αποδοτικές και πολυσύνθετες υπηρεσίες με ποικίλες QoS (throughput, delay, jitter etc.) απαιτήσεις, υποστήριξη της κινητικότητας, προσαρμογή των IP-based πρωτοκόλλων και αρχιτεκτονικής για το ασύρματο περιβάλλον ώστε να επιτύχει χαμηλότερο κόστος κ.λπ. Μία από τις πιο μεγάλες και πιο επίπονες προκλήσεις του WiMAX αλλά και κάθε ασύρματου ευρυζωνικού δικτύου είναι η όσο το δυνατόν καλύτερη και πιο αξιόπιστη παροχή ποιότητας υπηρεσίας QoS( Quality of Service) στους χρήστες. Σε αυτήν την εργασία γίνεται μια ανάλυση και των δύο ειδών του WiMAX QoS: Α) Το QoS του MAC στρώματος (MAC QoS) και β) End-to-end IP-based QoS. Αναλύονται οι μηχανισμοί, οι κλάσεις και οι απαιτήσεις του QoS ώστε να είναι καλή και αξιόπιστη η παροχή του στους χρήστες. Επίσης παρουσιάζεται η Reference αρχιτεκτονική του δικτύου και γίνεται αναφορά στο WiMAX Forum και τις λειτουργίες του. Τέλος γίνεται μια επικύρωση-validation του WiMAX QoS μέσω της προσομοίωσης που πραγματοποιήθηκε και της ανάλυσης των αποτελεσμάτων.

Η μέθοδος Orthogonal Frequency Divison Multiplexing (OFDM) αποτελεί μία ευέλικτη μέθοδος πολυπλεξίας καναλιών με αυξημένη χωρητικότητα που εφαρμόστηκε στις τηλεπικοινωνίες στα τέλη του προηγούμενου αιώνα. Με τη τεχνική αυτή επιτεύχθηκε υψηλός ρυθμός μετάδοσης ακόμα και σε πολυδιαδρομικά περιβάλλοντα διάδοσης. Η μέθοδος ορθογωνικής πολυπλεξίας διαίρεσης συχνότητας βασίστηκε στη μετάδοση πολλαπλών φερόντων με τη διατήρηση της ορθογωνιότητας μεταξύ τους ώστε να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα της διασυμβολικής παρεμβολής κατά τις ασύρματες μεταδόσεις μέσω πολυδιαδρομικών διαύλων. Στην παρούσα εργασία αρχικά δίνεται μία εισαγωγή στο χώρο των τηλεπικοινωνιών με έμφαση στην ασύρματη μετάδοση, την διάδοση των ραδιοκυμάτων, και τα κυψελωτά συστήματα. Επίσης περιγράφονται τα είδη των ψηφιακών διαμορφώσεων που χρησιμοποιούνται στις ασύρματες επικοινωνίες. Έπειτα, δίνεται μία αναλυτική αναφορά στα πρωτόκολλα ΙΕΕΕ 802.11. Κύριος στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη του OFDM της ασύρματης μετάδοσης στο πρότυπο ΙΕΕΕ 802.11a . Το κύριο μέρος της παρούσης εργασίας πραγματεύεται έννοιες που έχουν να κάνουν με την ορθογωνική πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας όπως αυτή εφαρμόζεται στο πρότυπο ΙΕΕΕ 802.11a και αναλυτική μελέτη παραμέτρων και χαρακτηριστικών, όπως το Peak to average Power Ratio (PAPR), το φάσμα εκπομπής, και η απώλεια του σηματοθορυβικού πηλίκου λόγω του κυκλικού προθέματος. Στη συνέχεια, με τη χρήση του προγράμματος Matlab πραγματοποιείται μια σειρά από προσομοιώσεις που δίνουν μια σαφέστερη εικόνα για την επίδοση του OFDM κατά το πρότυπο IEEE 802.11a. Οι προσομοιώσεις των μεταδόσεων λαμβάνουν χώρο τόσο σε περιβάλλον με λευκό Gaussian θορύβο αλλά και σε πιο ρεαλιστικά πολυδιαδρομικά περιβάλλοντα με Rayleigh fading. Τα αποτελέσματα δείχνουν τα πλεονεκτήματα της διαμόρφωσης OFDM για την αποφυγή της διασυμβολικής παρεμβολής σε πολυδιαδρομικά ασύρματα κανάλια επικοινωνίας.

Τα ετερογενή περιβάλλοντα ασύρματων επικοινωνιών υψηλών ταχυτήτων 4ης γενιάς απαιτούν προηγμένη διαχειριστική λειτουργικότητα. Στην διατριβή, μία αρχιτεκτονική διαχείρισης παρουσιάζεται ως μέσο καθοδήγησης των Ασύρματων Δικτύων Πρόσβασης με δυνατότητα δυναμικής αναδιάρθρωσης και των νοημόνων κινητών τερματικών, σε αυτό το γεμάτο προκλήσεις περιβάλλον. Η αρχιτεκτονική πραγματοποιεί συνδυαστική βελτιστοποιημένη αξιοποίηση φάσματος και ραδιοπόρων, μέσω βελτιστοποιημένης εκμετάλλευσης της διαφορετικότητας του ετερογενούς ασύρματου οικοσυστήματος. Συγκεκριμένα, η αρχιτεκτονική διαχείρισης καθορίζει την κατάλληλη ασύρματη τεχνολογία πρόσβασης και τις αντίστοιχες συχνότητες λειτουργίας για κάθε ένα από τα διαχειριζόμενα δίκτυα (βελτιστοποιημένη αξιοποίηση φάσματος), και καθοδηγεί τα κινητά τερματικά στην επιλογή του κατάλληλου Ασύρματου Δικτύου Πρόσβασης για σύνδεση (βελτιστοποιημένη αξιοποίηση ραδιοπόρων). Η αρχιτεκτονική διαχείρισης, όσον αφορά την επιλογή ραδιοπόρων, εστιάζει στην κατανεμημένη, μεταξύ δικτύου και τερματικού, διαδικασία απόφασης για την τελική επιλογή της ραδιοσύνδεσης κάθε τερματικού. Δύο ελαφρά διαφοροποιημένες προσεγγίσεις για την λειτουργική αρχιτεκτονική παρουσιάζονται αναλυτικά, καθώς και η συσχέτιση των λειτουργικών τους στοιχείων. Η συσχέτιση δεικνύει την δυνατότητα της απαραίτητης συνεργασίας και διαλειτουργικότητας των δύο αρχιτεκτονικών. Για την αρχιτεκτονική που υιοθετήθηκε ως βάση για την συνέχιση της ερευνητικής εργασίας, παρουσιάζεται η ροή πληροφορίας μεταξύ των λειτουργιών που συνιστούν την κεντρική διαχειριστική οντότητα της αρχιτεκτονικής, καθώς και μεταξύ του κεντρικού συστήματος διαχείρισης και των εξωτερικών οντοτήτων. Στη συνέχεια, βάση της προαναφερόμενης ροής πληροφορίας, τα μηνύματα που ανταλλάσσονται μεταξύ της κεντρικής διαχειριστικής οντότητας και των διαχειριζόμενων οντοτήτων, καθορίζονται υπό την μορφή βασικών διαδικασιών (περιεχόμενοι βασικοί παράμετροι και δομή των μηνυμάτων), και υπολογίζεται το αναμενόμενο μέγεθός τους. Ο καθορισμός των διαδικασιών και η εκτίμηση του αναμενόμενου μεγέθους τους, αποτελεί την βάση για την πραγματοποίηση των αντίστοιχων διασυνδέσεων. H υλοποίηση των διασυνδέσεων απαιτεί τον καθορισμό των κατάλληλων μηχανισμών και πρωτοκόλλων ανταλλαγής πληροφορίας για την πραγματοποίηση των προαναφερόμενων διαδικασιών. Σε αυτό το πλαίσιο, παρουσιάζονται οι βασικές απαιτήσεις για την υλοποίηση των διασυνδέσεων, καθώς και υποψήφιες λύσεις. Επιπλέον, πραγματοποιείται αξιολόγηση της αρχιτεκτονικής, όσον αφορά την εκτίμηση της απόδοσής της και την εκτίμηση του διαχειριστικού φορτίου, το οποίο εισάγεται από την ενσωμάτωση στο δίκτυο της προαναφερόμενης διαχειριστικής λειτουργικότητας. Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης αποδεικνύουν την αποτελεσματικότητα της αρχιτεκτονικής, καθώς και την βιωσιμότητά της., The heterogeneous high-speed 4th generation wireless communications environments call for advanced management functionality. In this thesis, a management architecture is presented as a means to guide both reconfigurable Radio Access Networks and cognitive Mobile Terminals (MT) in such a challenging environment. The architecture effectuates combined optimized spectrum and radio resource utilization, by optimally exploiting the diversity of the heterogeneous radio ecosystem. Specifically, the management architecture determines the proper operating RAT and frequencies for each managed RAN (optimized spectrum utilization), and directs MTs to the selection of the appropriate RAN to operate with (optimized radio resource utilization). The management architecture, regarding the issue of radio resource selection, focuses on the policy-based, distributed decision-making between network and terminals. Two slightly differentiated approaches for the functional architecture are presented analytically, as well as the correlation of their functional elements. This correlation demonstrates the possibility of the necessary cooperation and interoperability of the two architectures. For the architecture that was adopted as base for the continuance of the research, the information flow between the functions that comprise the central management entity of the architecture, and the information flow between the central management system and the external entities are presented. In the sequel, based on the presented information flow, the messages that are exchanged between the central management entity and the managed entities were determined in terms of elementary procedures (the included basic parameters of the messages and their structure), and their anticipated size is estimated. The determination of the procedures and the estimation of their anticipated size, constitute the base for the implementation of the corresponding interfaces. The realization of the interfaces necessitates the determination of proper mechanisms and information exchange protocols for the effectuation of the aforementioned procedures. In this framework, the basic requirements for the effectuation of the interfaces, as well as candidate solutions are presented. Moreover, assessment of the management architecture, regarding the evaluation of the performance of the architecture and the estimation of the management burden, which is induced by the incorporation of the described management functionality into the network, is effectuated. The assessment results prove the efficiency of the management architecture, as well as its viability.

Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας παρουσιάζονται κάποιες γενικές έννοιες για τα ενσύρματα και ασύρματα δίκτυα, όπως οι μεταπομπές, οι τρόποι κωδικοποίησης δεδομένων, αλλά και οι εφαρμογές των τηλεπικοινωνιών που χρησιμοποιούμε σήμερα, αλλά και κάποιες νέες που προς ώρα αποτελούν οράματα. Στο δεύτερο κεφάλαιο της εργασίας παρουσιάζονται οι διάφορες τεχνολογίες δικτύων υποδομής, όπως τα LAN, WLAN, WAN, WiMAX, DVB/DAB, κλπ, ενώ παράλληλα γίνεται αναφορά στα νεοφερθέντα δίκτυα πέραν της τρίτης γενιάς (B3G) και στις αλλαγές που επιφέρουν, αλλά και τις προσμονές που εγείρουν. Παράλληλα εισάγονται οι έννοιες των δυναμικά αναδιαρθρούμενων (reconfigurable), και των γνωσιακών (cognitive) δικτύων, οι οποίες είναι εξαιρετικά χρήσιμες για κάθε ερευνητή στο χώρο των επικοινωνιών. Κατόπιν, στο τρίτο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται μια γενική αναφορά στις οντολογίες που αποτελούν και το βασικό αντικείμενο της παρούσης εργασίας, ως τρόπων κοινής αναφοράς σε ένα δεδομένο θέμα. Παράλληλα, παρουσιάζονται παραδείγματα από τη χρήση των οντολογιών στη φιλοσοφία, την πληροφορική και τη γενετική, ενώ παράλληλα παρουσιάζονται μέθοδοι ανάπτυξης οντολογιών. Ως εργαλείο τέτοιων μεθόδων παρουσιάζεται η γλώσσα οντολογίας ιστού OWL. Στο τέταρτο κεφάλαιο της εργασίας παρουσιάζεται μια οντολογία για δίκτυα B3G και δη δυναμικά αναδιαρθρούμενα, η οποία έχει αναπτυχθεί ως πρότυπο Ρ1900 της ΙΕΕΕ. Το πρότυπο αυτό παρουσιάζεται αναλυτικά και αποσκοπεί να δοθεί μια κριτική ματιά στα χαρακτηριστικά του. Στο πέμπτο κεφάλαιο της εργασίας παρουσιάζεται η υλοποίηση της οντολογίας του πρωτοκόλλου ΙΕΕΕ P1900 με την χρήση του εργαλείου Protégé και επιπρόσθετα η αντιστοίχηση του μοντέλου κάνοντας χρήση αντικειμενοστραφούς σχεδιασμού. Τέλος, το έκτο κεφάλαιο της εργασίας περιέχει ορισμένα συμπεράσματα μαζί με προτάσεις για βελτίωση του παρουσιασθέντος προτύπου, αλλά και γενικότερες προτάσεις για το μέλλον των οντολογιών ασυρμάτων επικοινωνιών., the first chapter of the thesis presents some general concepts for wired and wireless networks, such as handoffs, coding schemes, as well as telecommunications applications used today and to be used tomorrow (While existing today as a vision). The second chapter of the thesis presents various infrastructure network technologies, such as LAN, WLAN, WAN, WiMAX, DVB/DAB, etc. In parallel, a reference is made to the newly born B3G systems and the changes they incur, as well as the desires they emerge. Additionally, the concepts of reconfigurable and cognitive networks are introduced, which are considerably important for every researcher in the area of communications. In the sequel, the third chapter refers to ontologies, which constitute the basic subject of this thesis, as a way to commonly refer to a given subject. Additionally, numerous examples of ontologies are presented, deriving from philosophy, information technology and genetics. Furthermore, methods of creating ontologies are presented, focusing on OWL, as a tool for such methods. The fourth chapter of the thesis presents an ontology for B3G networks, focusing on reconfigurable networks, which has been developed as an IEEE standard under the denomination P1900. The standard is presented in detail, in order to criticize its characteristics and functionality. The fifth chapter of the thesis presents the implementation of the ontology of IEEE 1900 with the use of Protégé plus the mapping of the ontology using object oriented theory. The sixth chapter of the thesis includes a number of useful conclusions, as well as thoughts that could eventually improve the standard, as well as thoughts related to the future of ontologies in wireless networks.

Ο αριθμός των δικτυωμένων συσκευών ανά τον κόσμο αυξάνεται με ραγδαίους ρυθμούς. Μάλιστα οι συσκευές αυτές δεν είναι μόνο απλοί προσωπικοί υπολογιστές, κινητά τηλέφωνα, tablets κτλ αλλά μπορεί να είναι μια οποιαδήποτε συσκευή. Αισθητήρες, μετρητές, οικιακές συσκευές, βιομηχανικά εργαλεία και μηχανήματα, αυτοκίνητα, ιατρικός εξοπλισμός είναι μόνο λίγα από τα παραδείγματα των συσκευών που είτε είναι συνδεδεμένες στο διαδίκτυο είτε θα συνδεθούν μέσα στα επόμενα χρόνια. Με αυτόν τον τρόπο οδηγούμαστε γοργά στο λεγόμενο «διαδίκτυο των πραγμάτων» (internet of things), το οποίο εκφράζει την πραγματικότητα του τεράστιου αριθμού των συσκευών που είναι δικτυωμένες και έχουν συγκεκριμένες απαιτήσεις λειτουργίας. Οι απαιτήσεις αυτές διαφέρουν σε αρκετά σημεία από τις απαιτήσεις των ήδη παγιωμένων μορφών επικοινωνίας, όπως είναι η φωνή και τα δεδομένα αρχείων. Γι’ αυτόν το λόγο η νέα αυτή μορφή επικοινωνίας με τις νέες απαιτήσεις έχει αποκτήσει και διαφορετικό όνομα: επικοινωνία μηχανής προς μηχανή (Machine to Machine-M2M) ή επικοινωνία τύπου μηχανής (Machine Type Communication-MTC). Οι αντίστοιχες συσκευές ονομάζονται συσκευές Μ2Μ ή MTC. Ταυτόχρονα βέβαια αναπτύσσεται και τίθεται σε εφαρμογή το νέο πρότυπο του 3GPP στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, που ονομάζεται Long Term Evolution (LTE), το οποίο οδηγεί στο πρότυπο Long Term Evolution Advanced (LTE-A) για τα κινητά συστήματα τέταρτης γενιάς 4G. Τα πρότυπο 3GPP LTE/LTE-A ορίζει κάποιους μηχανισμούς (Semi Persistent Scheduling-SPS, Discontinuous Reception/Transmission-DRX, επίπεδη IP αρχιτεκτονική), οι οποίοι φαίνονται κατάλληλοι για να προσφέρουν πρόσβαση στις MTC συσκευές που είτε είναι ήδη, είτε θα συνδεθούν στο δίκτυο τα επόμενα χρόνια. Η επικράτηση μάλιστα του προτύπου 3GPP LTE/LTE-A έναντι του προτύπου IEEE WiMAX εξασφαλίζει ότι η ανάπτυξη των δικτύων LTE θα είναι καθολική για να καλύψει της απαιτήσεις επικοινωνίας φωνής των περισσοτέρων χωρών. Αυτό σημαίνει πως αν το ίδιο δίκτυο μπορεί να καλύψει και τις απαιτήσεις της M2M επικοινωνίας χωρίς την πρόσθετη ανάπτυξη επιπλέον υποδομών, η εγκατάσταση MTC συσκευών για M2M εφαρμογές και η επέκταση τους μπορεί να γίνει άμεσα και χωρίς ιδιαίτερο κόστος. Η εργασία αυτή εξετάζει αυτήν τη δυνατότητα. Δηλαδή κατά πόσο και ποιες M2M εφαρμογές μπορούν να εξυπηρετηθούν από τα δίκτυα LTE/LTE-A, θωρώντας κάθε MTC συσκευή σαν ένα απλό τερματικό του δικτύου, χωρίς τη χρησιμοποίηση aggregators ή femtocells.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη εφαρμογής mobile social space για κινητές συσκευές. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση τεχνολογιών για την ανάπτυξη εφαρμογών για κινητές συσκευές (π.χ. J2ME). Πιο συγκεκριμένα η υλοποίηση της εφαρμογής που δημιουργήθηκε πραγματοποιήθηκε μέσα από το περιβάλλον του λογισμικού Smartface Designer. Η διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη δημιουργία ενός λογισμικού κοινωνικής δικτύωσης, το οποίο βρίσκει εφαρμογή σε συσκευές κινητής τηλεφωνίας. Απώτερος σκοπός είναι η εισαγωγή του χρήστη στο περιβάλλον της εφαρμογής και η αλληλεπίδραση του με το σύστημα. Ουσιαστικά, μέσω ενός γραφικού περιβάλλοντος φιλικού προς το χρήστη (graphical user interface), που προσομοιώνει συσκευή κινητού τηλεφώνου (wireless toolkit), ο χρήστης θα μπορεί να πραγματοποιεί είσοδο μέσα από το δικό του προφίλ εισάγοντας τα username και password που του παραχωρήθηκαν για το σύστημα. Μετά την είσοδο του στο σύστημα κοινωνικής δικτύωσης ο χρήστης αλληλεπιδρά με την εφαρμογή πραγματοποιώντας τις επιλογές που τον ενδιαφέρουν. Πιο συγκεκριμένα, για παράδειγμα θα μπορεί να επιλέξει τον τρόπο εμφάνισης των δεδομένων στην οθόνη (πλήρης ή μερική προβολή), να αποφασίσει εισάγοντας τους αντίστοιχους αριθμούς με ποια μέλη θα έχει επικοινωνία μέσω αποστολής μηνυμάτων κειμένου. Για την υλοποίηση της εφαρμογής client για την κοινωνική δικτύωση η οποία εγκαθίσταται σε φορητές συσκευές, έγινε μελέτη αντίστοιχων χώρων κοινωνικής δικτύωσης. Μελετήθηκαν επίσης HTTP, Servlet και Midlet στο πλαίσιο κατανόησης στοιχειωδών όρων και αρχών λογισμικού ως προαπαιτούμενο επίτευξης του στόχου μας, που είναι η επικοινωνία εξυπηρετητή και συσκευής κινητού., The purpose of this diploma thesis is the design and development of a mobile social space system for mobile devices. This is achieved by using technologies to develop applications for mobile devices (eg J2ME). More specifically, the implementation of the application that was created through the software environment Smartface Designer.The thesis deals with creating a social networking software, which finds application in mobile devices. The ultimate goal is to introduce the user to the application environment and interaction with the system. Essentially, through a graphical user-friendly (graphical user interface), which simulates a mobile phone (wireless toolkit), the user may make input through its own profile by entering the username and password allocated to it on the system. After entering the social networking user interacts with the application by making choices that interest him. More specifically, for example, can choose how data is displayed on the screen (full screen or non-full screen view), decide on entering their respective numbers with which members will communicate via text messaging. To implement the client application for social networking which is installed in portable devices was similar to other social networking sites. The study also HTTP, Servlet and Midlet in understanding basic terms and principles of software as a prerequisite for achieving our objective, which is the communication server and mobile device.

Τα τελευταία χρόνια η τεχνολογία των κινητών επικοινωνιών έχει εξελιχθεί ραγδαία λόγω των αυξανόμενων απαιτήσεων, όπως είναι η πρόσβαση σε υπηρεσίες Διαδικτύου μέσω των κινητών τηλεφώνων καθώς και οι απαιτήσεις σε καλύτερη ποιότητα στις προσφερόμενες υπηρεσίες. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η τεχνολογία Long Term Evolution (LTE), δηλαδή η τεχνολογία για τα δίκτυα 4ης γενιάς (4G). Η τέταρτη γενιά (4G) είναι η επόμενη γενιά των ασύρματων δικτύων επικοινωνιών που θα αντικαταστήσει τα υπάρχοντα δίκτυα τρίτης γενιάς (3G) και θα προσφέρει στους χρήστες βελτιωμένες υπηρεσίες με μεγαλύτερες ταχύτητες πρόσβασης, όσα δηλαδή δεν κατάφεραν να προσφέρουν τα δίκτυα προηγούμενης γενιάς. Επιπλέον, η τεχνολογία LTE πρόκειται να δημιουργήσει ένα παγκόσμιο ετερογενές δίκτυο το οποίο θα ενσωματώσει τα δίκτυα 2ης και 3ης γενιάς. Οι κινητές συσκευές για πρόσβαση στο Internet, όπως τα eReaders, τα tablet PCs, τα smartphones και τα netbooks έχουν μεγάλη ζήτηση στην αγορά για αυτό γίνεται προσπάθεια να εξελιχθούν σε επίπεδο ενεργειακής κατανάλωσης, ώστε ο χρήστης να μην χρειάζεται επαναφορτίζει τη συσκευή του σε τακτικά χρονικά διαστήματα. Επίσης, είναι αναπόφευκτο ότι οι μελλοντικές συσκευές θα περιέχουν LTE modems εκτός από τις κοινές διεπαφές, όπως Wi-Fi, Bluetooth ή USB και αυτό δημιουργεί επιτακτική ανάγκη για την ανάπτυξη μηχανισμών και μοντέλων που θα συμβάλουν στις εξοικονόμηση ενέργειας στις κινητές συσκευές. Στόχος σε αυτήν την εργασία είναι η δημιουργία ενός πιο αξιόπιστου μοντέλου με τη χρήση της LTE HARQ/ARQ διαδικασίας που μοντελοποιείται ως μια αλυσίδα του Markov για την εξοικονόμηση ενέργειας στο LTE modem των κινητών συσκευών., In recent years the technology of mobile communications has grown rapidly due to the increasing demands, such as access to Internet services via mobile phones and the demands of better quality of the offered services. This thesis, studies the Long Term Evolution (LTE) technology that is the technology for the 4th generation networks (4G). The 4th generation (4G) is the next generation of wireless communications networks that will replace the existing networks of the 3rd generation (3G) and will provide to users enhanced services with higher access speeds that the previous generation networks fail to offer. In addition to this, the LTE technology will create a global heterogeneous network that will integrate the networks of the 2nd and 3rd generation. The mobile devices that have access to the Internet, such as eReaders, tablet PCs, smartphones and netbooks have strong market demand and for this reason an effort to minimize the energy consumption is ongoing, so the user does not need to recharge the device at regular intervals. Also, it is inevitable that future devices will contain LTE modems other than the common interfaces such as Wi-Fi, Bluetooth or USB, and this creates an urgent need to develop mechanisms and models that will contribute to energy efficiency in mobile devices. The aim of this work is to create a more reliable model using the LTE HARQ/ARQ process and is modeled as a Markov chain for energy savings in LTE modem for mobile devices.

Το αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και η αξιολόγηση παροχής υπηρεσιών στα δίκτυα νέας γενιάς NGN (Next Generation Network) που βασίζονται στο IP Multimedia Subsystem (IMS). Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας γίνεται αρχικά μια σύντομη αναφορά στο ιστορικό δημιουργίας του IMS, ενώ στην συνέχεια γίνεται μια εκτεταμένη περιγραφή του μοντέλου και του τρόπου λειτουργίας του IMS. Συγκεκριμένα, αναλύονται οι οντότητες, τα σημεία αναφοράς, τα πρωτόκολλα που χρησιμοποιεί το IMS. Έπειτα, παρουσιάζονται και περιγράφονται αναλυτικά οι υπηρεσίες που μπορεί να προσφέρει το IMS στα πλαίσια των Δικτύων Επόμενης Γενιάς. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η διαδικασία εγκατάστασης και υλοποίησης του project ΟpenIMSCore σε περιβάλλον Linux όπως έγινε σε εργαστηριακό περιβάλλον και η επικοινωνία μεταξύ χρηστών που εγγράφονται στο IMS δίκτυο. Στη συνέχεια μελετήθηκε η απόδοση του δικτύου νέας γενιάς με τη βοήθεια του λογισμικού IMS Bench SIPp υλοποιώντας διαφορετικά σενάρια και συλλέγοντας αποτελέσματα σχετικά με τη συμπεριφορά του πρωτοκόλλου SIP σε IMS περιβάλλον.

Τα WMN δίκτυα αναμένεται να βελτιστοποιήσουν αισθητά την απόδοση και τους περιορισμούς που υπάρχουν στα ad hoc δίκτυα συμπεριλαμβανομένων και των WLANs, WPANs και των ασύρματων μητροπολιτικών δικτύων (WMANs). Τα WMN δίκτυα αναμένεται να προσφέρουν υπηρεσίες σε ένα μεγάλο εύρος σεναρίων διαφορετικής κλίμακας όπως για παράδειγμα σε πανεπιστημιουπόλεις (campus), σε τοπικές περιοχές καθώς επίσης και σε μεγαλύτερης κλίμακας περιοχής όπως γίνεται σήμερα με τα ΜΑΝs. Δεδομένου ότι τέτοιου είδους δίκτυα είναι κυρίως multi-hop, για να προωθήσουν πακέτα σε άλλους κόμβους πρέπει να κάνουν κάποιες αποφάσεις σύμφωνα με τον πίνακα δρομολόγησης που θα δημιουργηθεί και θα αποθηκευτεί σε κάθε κόμβο. Επομένως οι αλγόριθμοι δρομολόγησης που δημιουργήθηκαν στοχεύουν στην καλύτερη διαδρομή από τον αρχικό κόμβο προς τον gateway κόμβο. Με αυτό τον τρόπο είναι φυσικό συγκεκριμένες συνδέσεις να είναι υπερφορτωμένες ενώ άλλες συνδέσεις να χρησιμοποιούνται σπάνια. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα να υπάρχει μειωμένη απόδοση του δικτύου (αφού θα υπάρχει μεγάλος φόρτος σε συγκεκριμένες συνδέσεις και πολλά πακέτα θα χάνονται) και στο τέλος τη αποτυχία ολοκλήρωσης της επικοινωνίας. Αυτό το σενάριο είναι πιθανό να αποφευχθεί αν χρησιμοποιηθεί η τεχνική πολλαπλής δρομολόγησης (multi-route). Η τεχνική αυτή έχει ως στόχο την εξισορρόπηση της κίνησης (balanced traffic) δρομολογώντας πακέτα σε περισσότερες από μία διαδρομές που θα έχουν ως τελικό προορισμό τον gateway κόμβο. Η τεχνική multipath μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης και για την εξασθένιση των παρεμβολών (αφού θα υπάρχουν πολλές διαδρομές) καθώς επίσης και για την ανθεκτικότητα λαθών. Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι να αναλυθούν σε μεγαλύτερο βαθμό οι ήδη υπάρχουσες λύσεις για multi routing, να πραγματοποιηθεί μια σύγκριση ώστε να παρουσιαστούν πλεονεκτήματα αλλά και μειονεκτήματα κάθε λύσης καθώς και η εύρεση νέας τεχνικής που θα ενσωματωθεί σε ήδη υπάρχων αλγόριθμο και θα έχει ως στόχο την μεγιστοποίηση του throughput άρα και της συνολικής απόδοσης του δικτύου.

Η παρούσα εργασία αποτελεί μια μελέτη επίδοσης ενός dual-hop ασύρματου συστήματος επικοινωνιών το οποίο εξυπηρετείται από αναμεταδότες (Relays). Εξετάζονται οι περιπτώσεις και των δύο ειδών αναμεταδοτών: Regenerative Relays και Non Regenerative Relays. Πιο συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή για τα χαρακτηριστικά του ασύρματου καναλιού διάδοσης. Παρουσιάζονται οι συναρτήσεις πυκνότητας πιθανότητας (PDF) για την κατανομή Nakagami-m, την κατανομή Rayleigh, η οποία αποτελεί μια ειδική περίπτωση της Nakagami-m κατανομής, η κατανομή Rice και η κατανομή Generalized-K η οποία είναι περίπτωση Composite Fading. Στη συνέχεια, στο δεύτερο κεφάλαιο μελετάται η μέθοδος Moment Generating Function (MGF). Στη θεωρία των πιθανοτήτων και στη στατιστική η moment generating function μιας τυχαίας μεταβλητής αποτελεί έναν εναλλακτικό ορισμό για την κατανομή της πιθανότητας. Οι προσομοιώσεις αφορούν σε ψηφιακές διαμορφώσεις BPSK και QPSK ενώ τα περιβάλλοντα διάδοσης χαρακτηρίζονται από τις κατανομές Nakagami-m και Rayleigh. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της επίδοσης των αναμεταδοτών. Καταρχάς, μελετήθηκαν οι Non Regenerative CSI (Channel State Information) Relays οι οποίοι μελετούν τα χαρακτηριστικά του καναλιού και με βάση αυτά αποφασίζουν το Gain με το οποίο θα πολλαπλασιάσουν το εισερχόμενο σήμα. Ενδεικτικά παρουσιάζονται και οι τιμές του Gain που επιλέχθηκαν από τον αναμεταδότη για διάφορες περιπτώσεις. Εν συνεχεία, εξετάζεται η περίπτωση των Non Regenerative Relays with Fixed Gain, όπου γίνεται μια σύγκριση όσον αφορά στην τιμή του Gain που επιλέγεται. Στο τέλος του κεφαλαίου αυτού, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για τους Regenerative Relays σε σύγκριση με τους Non Regenerative CSI Relays. Οι προσομοιώσεις έγιναν σε περιβάλλοντα διαλείψεων Nakagami-m και Generalized-K, ενώ οι ψηφιακές διαμορφώσεις που χρησιμοποιήθηκαν ήταν οι QPSK και 16-QAM. Η επίδοση των αναμεταδοτών μελετάται ως προς τους ρυθμούς σφαλμάτων SER και BER. Για κάθε γραφική παράσταση ακολουθεί ο κώδικας matlab που την υλοποιεί, ενώ στο τέλος την εργασίας παρατίθεται με τη μορφή παραρτήματος συνολικά ο κώδικας για όλες τις γραφικές παραστάσεις.

Τα WiMAX δίκτυα παρέχουν ασύρματη ευρυζωνική πρόσβαση στο διαδίκτυο, διαλειτουργικότητα μεταξύ των προμηθευτών της τεχνολογίας, ενώ παράλληλα χαμηλώνουν το φράγμα εισόδου στις κινητές τηλεπικοινωνίες, προσφέροντας υπηρεσίες συγκρίσιμες με αυτές της ανερχόμενης τεχνολογίας 4G. Ωστόσο το πρότυπο 802.16, στο οποίο βασίζονται τα WiMAX δίκτυα, δεν έχει ορίσει κάποιο συγκεκριμένο αλγόριθμο χρονοπρογραμματισμού, αφήνοντας έτσι ελεύθερο κάθε φορέα που θα χρησιμοποιήσει το πρότυπο για την παροχή υπηρεσιών ευρυζωνικής ασύρματης πρόσβασης στο διαδίκτυο να επιλέξει αλγόριθμο. Γι' αυτό το λόγο έχουν γίνει πολλές μελέτες και έχουν προταθεί από πολλές ομάδες διαφορετικοί αλγόριθμοι χρονοπρογραμματισμού. Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή έχει ως σκοπό την μελέτη και ανάπτυξη αλγορίθμων χρονοπρογραμματισμού για την παροχή QoE σε WiMAX δίκτυα. Ειδικότερα στο πλαίσιο εκπόνησης της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής πραγματοποιείται εκτενής βιβλιογραφική μελέτη σε αλγορίθμους χρονοπρογραμματισμού και μηχανισμούς παροχής QoE σε ασύρματα δίκτυα. Από την βιβλιογραφική μελέτη παρατηρήθηκε ότι οι υπάρχοντες αλγόριθμοι χρονοπρογραμματισμού λαμβάνουν υπόψη τους το QoS, τη δικαιοσύνη και άλλες παραμέτρους, αλλά δεν παρέχουν QoE. Για το λόγο αυτό προτείνονται στην παρούσα εργασία δύο διαφορετικής QoE προσεγγίσεις για τον rtPS τύπο υπηρεσίας του WiMAX. Ειδικότερα, στην πρώτη πολιτική ανάλογα με το αν υπάρχει απώλεια των πακέτων στο σύστημα μειώνει το ρυθμό μετάδοσης των συνδέσεων έως ότου φτάσουν στο ελάχιστο επιτρεπτό, δηλαδή την υποκειμενική απαίτηση του χρήστη, ενώ στην δεύτερη πολιτική μπορεί να μειωθεί και πάλι ο ρυθμός μετάδοσης αν η απώλεια της σύνδεσης είναι μεγαλύτερη από ένα κατώφλι ενώ στην αντίθετη περίπτωση μπορεί να αυξηθεί. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν ότι η χρήση διαφορετικών επιπέδων MOS βελτιώνει το QoE που παρέχεται στους χρήστες των WiMAX δικτύων. Ωστόσο, επειδή δεν υπάρχει αλγόριθμος χρονοπρογραμματισμού που να θεωρείται πανάκεια, ανάλογα με τις απαιτήσεις της εφαρμογής και του χρήστη θα πρέπει να εφαρμόζεται και η αντίστοιχη πολιτική., WiMAX networks provide wireless broadband internet access, interoperability, while decrease the entrance barrier in mobile communications sector, and offer services comparable to those of the emerging 4G technology. However the standard 802.16, upon which WiMAX networks are based, has not designated any particular scheduling algorithm, allowing each provider to develop its own. For this reason several different scheduling algorithms may be found in the literature. This thesis aims to study and develop scheduling algorithms to provide QoE to WiMAX networks. In particular an extensive literature study is carried out on scheduling algorithms and mechanisms to provide QoE to wireless networks. It was observed that the existing scheduling algorithms take into account the QoS, fairness and other parameters, but do not provide QoE. For this reason, in this thesis two different approaches are proposed in order to provide QoE, especially for the rtPS WiMAX service. In the first policy depending on whether there is packet loss the system reduces the transmission rate of each connection, until their minimum allowable transmission rate is achieved. In the second policy the transmission rate of the connection is reduced if its packet loss is greater than a threshold, while in the opposite case the transmission rate is increased. Simulation results show that by applying different levels of MOS the QoE provided to the WiMAX users is improved. However, since there is no scheduling algorithm that can be considered as a panacea, according to the requirements of each user application a different policy should be applied.

Η έννοια του Διαδικτύου του Μέλλοντος είναι ένα παγκοσμία αναδυόμενο θέμα στο οποίο οι παρόν φορείς των τηλεπικοινωνιών δεν είναι σε θέση να ανταποκριθούν. Για το σκοπό, η γνωσιακή/αυτόνομη διαχείριση των δικτύων και υπηρεσιών θεωρείται ως η πλέον πιο κατάλληλη κατεύθυνση για την διαχείριση της FI περιοχής. Διακυβέρνηση της αυτόνομης διαχείρισης προτείνεται επίσης ως οι διαδικασίες / συστήματα διαχείρισης ενός φορέα σε ετερογενή συστήματα. Αυτές οι διαδικασίες είναι ανάλογες της τεχνολογίας και για του χρήστη της τεχνολογίας. όλα τα παραπάνω πιέζουν τους φορείς των τηλεπικοινωνιών και δικτύων να καθορίσουν υψηλού επιπέδου πολιτικές, οι οποίες θα πρέπει στη συνέχει να μετατραπούν σε χαμηλότερου επιπέδου πολιτικές ακολουθώντας το πλαίσιο των συγκεκριμένων μηχανισμών. Έτσι, μία H2N (Human-to-Network) διεπαφή θα επιτρέψει στους διαχειριστές να ορίσουν νέους επιχειρησιακούς στόχους.

Η υλοποίηση πρακτικών ασύρματων συστημάτων επικοινωνίας δεδομένων στην τεχνολογία UWB παρουσιάζει ιδιαίτερες προκλήσεις, κυρίως λόγω της χαμηλής ισχύος εκπομπής και της πολύ σύντομης διάρκειας των παλμών που χρησιμοποιούνται, οι οποίοι θα πρέπει να στέλνονται με πολύ μεγάλες ταχύτητες για την επίτευξη των επιθυμητών ρυθμών μετάδοσης. Το κανάλι μετάδοσης είναι ιδιαίτερα επιλεκτικό ως προς την συχνότητα και εξαιρετικά πυκνό και πλούσιο σε πολυοδικές συνιστώσες με αρκετά μεγάλες καθυστερήσεις. Αυτές οι συνιστώσες μπορούν να ανιχνευθούν και να συλλεχθούν χρησιμοποιώντας κατάλληλες δομές δεκτών RAKE, οι οποίοι τις συνθέτουν ώστε να μεγιστοποιηθεί η ενέργεια του ωφέλιμου σήματος, αυξάνοντας την απόδοση του συστήματος. Οι δομές αυτές παρουσιάζουν την καλύτερη απόδοση σε τέτοια συστήματα, αλλά έχουν μεγάλη υπολογιστική πολυπλοκότητα, καθώς για την ικανοποιητική απόδοση του συστήματος πρέπει να συνδυάσουν πολλές συνιστώσες, δεδομένης και της χαμηλής ισχύος εκπομπής της τεχνολογίας. Συνεπώς, για την υλοποίηση ενός πρακτικού και αποδοτικού συστήματος, σημαντικό ζήτημα αποτελεί ο τρόπος επιλογής και συνδυασμού των συνιστωσών μέσω ενός αλγορίθμου που θα χρησιμοποιεί τον μικρότερο δυνατό αριθμό δακτύλων. Στόχοι της διατριβής ήταν η μελέτη της τεχνολογίας UWB, η διερεύνηση των παραμέτρων των παλμικών UWB συστημάτων, η μελέτη και εξομοίωση μοντέλων του καναλιού, η κατανόηση των οποίων είναι απαραίτητη για την αποτελεσματική ανίχνευση του σήματος και τον σχεδιασμό των αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας του σήματος, η διερεύνηση δεκτών RAKE καθώς και εναλλακτικών δομών, οι εξομοιώσεις πομποδέκτη παλμικού UWB σε επίπεδο συστήματος με έμφαση στον RAKE και τον εκτιμητή καναλιού, η διερεύνηση παραμέτρων και τεχνικών για την υλοποίηση σε υλικό και τέλος η ανάπτυξη, ο σχεδιασμός και υλοποίηση μιας πρακτικής δομής δέκτη με RAKE αποδιαμορφωτή και εκτιμητή καναλιού που συνδυάζει χαμηλή πολυπλοκότητα και ικανοποιητική απόδοση. Παρουσιάζονται και συγκρίνονται τρεις νέες διαφορετικές προσεγγίσεις σχεδίασης, οι οποίες βασίζονται σε προτεινόμενο υβριδικό αλγόριθμο (HPS) για την μείωση της πολυπλοκότητας του RAKE και δίνονται αποτελέσματα που αφορούν στην αξιοποίηση του υλικού και στις επιδόσεις του συστήματος. Tα αποτελέσματα παρουσιάζουν το trade-off ανάμεσα στην συλλογή ενέργειας, την απόδοση του δέκτη και την πολυπλοκότητά του. Η αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων αρχιτεκτονικών επαληθεύεται μέσω ειδικής πλατφόρμας αναδιατασσόμενου υλικού στην οποία υλοποιήθηκε η σχεδίαση. Τhe implementation of practical wireless data communications systems for the UWB technology is very challenging due to the use of low-power ns-duration pulses which have to be sent in a high-frequency in order to achieve the desirable data rates. The UWB channel is highly frequency selective and it is characterized by dense and rich multipath propagation and large multipath delay spreads in some cases. A RAKE receiver can be employed in order to exploit multipath diversity and effectively capture the desired signal energy which is dispersed over the various multipath components, helping to mitigate fading. However, the particular nature of UWB results in very low-energy paths which, in conjunction with high multipath diversity, leads to a RAKE receiver that must exploit a large number of MPCs in order to optimize the received SNR. Thus, for the implementation of a low-complexity system it is important to define a novel method for the selection and combining of MPCs and develop an algorithm that is able to utilize a minimum number of fingers in the RAKE structure. Our work was focused in the study of UWB technology, the investigation of the parameters of IR-UWB systems, the study and understanding of the channel models which is necessary for the design of practical and efficient DSP algorithms, the investigation of RAKE type receivers as well as other alternative structures, the system-level simulations of the IR-UWB transceiver with emphasis given to the algorithms for the RAKE demodulator and channel estimator, the investigation of the parameters and techniques for the implementation of the system in hardware and finally, the development, design, and implementation of a practical receiver structure that includes a RAKE demodulator and a channel estimator and combines low complexity and satisfactory performance. The ultimate goal of this work is the presentation and investigation of the proposed channel estimator and (MRC)-RAKE receiver architecture which is based on a proposed novel hybrid algorithm called HPS. Three different design approaches aiming to a practical system implementation in an FPGA are proposed and compared and system/algorithm performance, hardware utilization results are provided. The obtained results demonstrate the trade-off between energy capture, performance and receiver complexity. The effectiveness of the proposed architectures is verified on a special FPGA platform which was used for the implementation of the receiver structure.

Η δομή της διπλωματικής συνοψίζεται ως εξής: Στο 2o Κεφάλαιο παρουσιάζεται η ασύρματη ευρυζωνικότητα και αναλύονται τα χαρακτηριστικά του WiMAX. Dηλαδή, αναφέρεται πως διαφοροποιείται το κινητό έναντι του= σταϑερού, ποιες οι διαφορές σε σχέση με το 3G και περιγράφονται οι προκλήσεις που έχει να αντιμετωπίσει. Στο 3o Κεφάλαιο περιγράφεται η τεχνολογία WiMAX. Αναλύεται ενδελεχώς το Φυσικό επίπεδο, ως προς τα χαρακτηριστικά του OFDM και του OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Γίνεται επισκόπηση του WiMAX, με αναφορά σε σημαντικές παραμέτρους, όπως η ποιότητα υπηρεσίας, η εξοικονόμηση ενέργειας, η ασφάλεια, ενώ επισημαίνεται η αρχιτεκτονική του δικτύου, καθώς και οι μετρικές επίδοσης. Στο 4o Κεφάλαιο παρουσιάζονται το NS2, τα ϐοηθητικά προγράμματα και την έκδοση που επιτρέπουν τη δημιουργία και μελέτη της προσομοίωσης ενός δικτύου. Κατόπιν, στο Κεφάλαιο 5, αναλύεται η επίδοση του WiMAX με βάση το σενάριο που υλοποιήθηκε και παρουσιάζεται. Τέλος, τα συμπεράσματα που εξάγονται από την προσομοίωση που εκτελέστηκε, καταγράφονται στο 6o Κεφάλαιο.