Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Τομέας Εφαρμογών και Θεμελιώσεων της Επιστήμης των Υπολογιστών Εργαστήριο Κατανεμημένων Συστημάτων και Τηλεματικής Θέματα Διπλωματικών Εργασιών Υπεύθυνος: Καθηγητής Χρήστος Ι. Μπούρας Ακαδημαϊκό Έτος 2018-2019
Εργασία 1 Μελέτη και Αξιολόγηση του Κοινωνικού Αντίκτυπου των Κινητών Τηλεπικοινωνιών 5G και εξής Χ. Μπούρας Α. Κόλλια Οι γενιές των κινητών δικτύων επικοινωνίας 5G και εξής αποτελούν το ορόσημο για τη δεκαετία του 2020. Εν τούτοις, σημαντικές προκλήσεις, έχουν τεθεί από την επιστημονική και τηλεπικοινωνιακή κοινότητα για τις γενιές αυτές οριοθετώντας σημαντικές απαιτήσεις και κριτήρια. Από την άλλη μεριά, εγείρονται διάφορα ζητήματα σχετικά με το αν ανακύπτουν προβλήματα υγείας από τις σύγχρονες τηλεπικοινωνίες, σχετικά με τη γνώση και αντίληψη της κοινωνίας σε σχέση με τις τηλεπικοινωνίες, αλλά και για κοινωνικά προβλήματα, που θα σημειωθούν εφόσον οι πολίτες είναι συνεχώς διασυνδεδεμένοι. μελετήσει τον κοινωνικό αντίκτυπο των σύγχρονων τηλεπικοινωνιακών δικτύων στην Ελλάδα σε σχέση με την υγεία των πολιτών, τη γνώση του τι είναι 5G, τις αντιλήψεις των Ελλήνων για τις τηλεπικοινωνίες, τη χρήση των κινητών τηλεφώνων, καταγράφοντας και αναλύοντας ένα στατιστικό δείγμα ατόμων διαφόρων ηλικιών και διαφορετικού υποβάθρου. Προγραμματισμός: Matlab
Εργασία 2 Μελέτη και Αξιολόγηση του Κοινωνικού Αντίκτυπου του Internet of Things (IoT) Χ. Μπούρας Α. Κόλλια Οι γενιές των κινητών δικτύων επικοινωνίας 5G και εξής αποτελούν ορόσημο για τη δεκαετία του 2020. Εν τούτοις, σημαντικές προκλήσεις, έχουν τεθεί από την επιστημονική και τηλεπικοινωνιακή κοινότητα για τις γενιές αυτές οριοθετώντας σημαντικές απαιτήσεις και κριτήρια. Από την άλλη μεριά, εγείρονται διάφορα ζητήματα σχετικά με το αν οι νέες υπηρεσίες θα καλύψουν τους πολίτες, θα χρησιμοποιηθούν από αυτούς ή θα έχουν αρνητικές επιπτώσεις, όπως υψηλό κόστος χρήσης ή και θα δημιουργήσουν ανασφάλεια στους πολίτες λόγω κενών ασφαλείας. καταγράψει και να μελετήσει τον κοινωνικό αντίκτυπο της τεχνολογίας Internet of Things (IoT) καθώς και υπηρεσιών, που θα παρέχονται με βάση αυτή στην Ελλάδα μέσω στατιστικής ανάλυσης ενός δείγματος ατόμων διαφόρων ηλικιών και διαφορετικού υποβάθρου. Προγραμματισμός: Matlab
Εργασία 3 Μελέτη απόδοσης small cell στα κινητά δίκτυα πέμπτης γενιάς Χ. Μπούρας - Β. Κόκκινος Η τεχνολογία small cells είναι μία από τις υποσχόμενες τεχνολογίες για την εξυπηρέτηση απαιτητικών σε εύρος ζώνης και ευαίσθητων στην καθυστέρηση υπηρεσιών. Μάλιστα, η τοποθέτηση μεγάλου αριθμού small cells σε εξωτερικούς χώρους (small cell densification) αναμένεται να αποτελέσει ένα βασικό χαρακτηριστικό των δικτύων 5G καθώς μπορεί να παρέχει στους χρήστες ρυθμούς μετάδοσης που προσεγγίζουν και υπερβαίνουν την τάξη των Gbps, καλύπτοντας παράλληλα μια μεγάλη γεωγραφική περιοχή. μελετήσει την βελτιωμένη απόδοση που μπορούν να προσφέρουν τα small cells και να προτείνει/αναπτύξει αλγόριθμους βελτιστοποίησης της λειτουργίας του για τη μεγιστοποίηση της φασματικής απόδοσης και τη μείωση των παρεμβολών. Προγραμματισμός: Matlab
Εργασία 4 Τεχνολογίες μείωσης των παρεμβολών στα κινητά δίκτυα πέμπτης γενιάς Χ. Μπούρας - Β. Κόκκινος Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στα ετερογενή δίκτυα (όπως είναι τα δίκτυα 5G) είναι να μετριαστούν οι παρεμβολές τόσο μεταξύ των κελιών όσο και μεταξύ των διάφορων επιπέδων (inter/intra-tier interference). Παράλληλα, η κάλυψη και η ανισορροπία της κίνησης λόγω των διαφορετικών ισχύων μετάδοσης των διαφορετικών σταθμών βάσης καθιστούν τα προβλήματα διαχείρισης των παρεμβολών και της κατανομής πόρων ακόμα πιο απαιτητικά. Τα παραπάνω, σε συνδυασμό με την εισαγωγή τεχνολογιών όπως το carrier aggregation, η συνεργασία μεταξύ των σταθμών βάσης (π.χ. CoMP), και τη δυνατότητα P2P επικοινωνίας περιπλέκουν ακόμα περισσότερο τη δυναμική των παρεμβολών. μελετήσει όλες τις διαθέσιμες τεχνολογίες που μπορούν να οδηγήσουν σε ελαχιστοποίηση των παρεμβολών στα δίκτυα 5G, προτείνοντας νέες μεθόδους για τη βελτίωση της απόδοσής τους. Προγραμματισμός: Matlab
Εργασία 5 Σύστημα εκμάθησης και ειδοποίησης σχετικά με την ποιότητα ενός eduroam WiFi δικτύου Χ. Μπούρας - Β. Κόκκινος Στο πλαίσιο του έργου GEANT έχει αναπτυχθεί ένα σύστημα το οποίο επιτρέπει τη μέτρηση της ποιότητας ενός WiFi δικτύου (ταχύτητες upload/download, μέτρηση ping) αφού ο χρήστης επισκεφτεί συγκεκριμένες σελίδες (όπως π.χ. τη σελίδα κάποιου συνεδρίου, κάποιου πανεπιστημίου κτλ). Η μέτρηση γίνεται αυτόματα και χωρίς ο χρήστης να αντιληφθεί κάτι. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων συγκεντρώνονται σε μία βάση δεδομένων (elasticsearch) την οποία διαχειρίζεται ο υπεύθυνος του ασύρματου δικτύου, ενώ η οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων γίνεται μέσω του kibana (https://www.elastic.co/). Στόχος της συγκεκριμένης διπλωματικής είναι η αναβάθμιση του συστήματος για την υποστήριξη: - αυτόματης ανίχνευσης της υποβάθμισης της απόδοσης, - πρόβλεψης της συμπεριφοράς απόδοσης, - αποστολής ειδοποιήσεων σε περιπτώσεις που η απόδοση παραμένει σταθερά κάτω από ένα συγκεκριμένο όριο. Γενικά: Βασικές γνώσεις δικτύων επικοινωνιών, γνώσεις Τεχνολογιών Διαδικτύου και Βάσεων Δεδομένων. Προγραμματισμός: Java, elasticsearch, javascript
Εργασία 6 Βελτίωση μετρικών σε ετερογενή κινητά δίκτυα πέμπτης γενιάς Χ. Μπούρας Γ. Δηλές Η αρχιτεκτονική της νέας γενιάς κινητών δικτύων βασίζεται στη χρήση διαφορετικών στρωμάτων (tiers) με το καθένα να αποτελείται από αριθμό κεραιών διαφορετικών δυνατοτήτων. Ο διαμοιρασμός της κίνησης στα στρώματα αυτά επιτρέπει μεγαλύτερη χωρητικότητα και ρυθμούς δεδομένων σε όλο το δίκτυο παρέχοντας συνδεσιμότητα στοχευμένα και αποδοτικά και βελτιώνοντας την κάλυψη σε περιοχές με ιδιαίτερες απαιτήσεις. μελετήσει τους μηχανισμούς διαμοιρασμού κίνησης στα στρώματα αυτά (macrocell, picocell, femtocell) και να προτείνει βελτιώσεις μέσω αλγορίθμων που οδηγούν σε καλύτερη απόδοση στις μετρικές του δικτύου, όπως χωρητικότητα, ρυθμοί δεδομένων, ενεργειακή απόδοση κλπ. Προγραμματισμός: Matlab
Εργασία 7 Στρατηγικές αδρανοποίησης σταθμών βάσης (sleep mode) σε πυκνά κινητά δίκτυα πέμπτης γενιάς Χ. Μπούρας Γ. Δηλές Προκειμένου να ανταποκριθεί στις αυξανόμενες απαιτήσεις σε απόδοση, η νέα γενιά κινητών δικτύων αυξάνει δραστικά τον αριθμό κεραιών ανά μονάδα επιφάνειας. Ο μεγαλύτερος αριθμός αφορά σταθμούς βάσης τύπου femtocell, μικρές κεραίες χαμηλού κόστους και εμβέλειας ικανού να καλύψει τις ανάγκες μιας εταιρείας ή ενός διαμερίσματος. Η προσέγγιση αυτή αναμένεται να οδηγήσει σε εξαιρετικά πυκνές συστοιχίες σταθμών βάσης με τον αριθμό τους σε αστικά περιβάλλοντα να αυξάνεται εκθετικά. Ως εκ τούτου, η συσσωρευμένη κατανάλωση ενέργειας γίνεται ανησυχητική. μελετήσει στρατηγικές αδρανοποίησης femtocell σε πυκνές συστοιχίες και να προτείνει νέους μηχανισμούς συντονισμένης προσέγγισης μεταξύ των σταθμών που να οδηγούν σε καλύτερη ενεργειακή αποδοση του δικτύου. Προγραμματισμός: Matlab εξομοιωτές δικτύων
Εργασία 8 Μελέτη μηχανισμών device to device (d2d) σε κινητά δίκτυα πέμπτης γενιάς Χ. Μπούρας Γ. Δηλές Η νέα γενιά κινητών δικτύων αναμένεται να εισάγει πλήθος νέων τεχνολογιών, ώστε να μπορέσει να ανταποκριθεί σε μεγάλες απαιτήσεις επιδόσεων και πλήθος σεναρίων εφαρμογής. Μια από αυτές είναι και η προσέγγιση d2d, δηλαδή η δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ συσκευών απευθείας χωρίς τη μεσολάβηση κανενός σταθμού βάσης. μελετήσει τα χαρακτηριστικά της νέας τεχνολογίας, να μελετήσει τις επιπτώσεις που φέρνει στο δίκτυο και να προτείνει μεθόδους που βελτιώνουν την επίδοση της. Προγραμματισμός: Matlab εξομοιωτές δικτύων
Εργασία 9 SDN & northbound interfaces Χ. Μπούρας - Κ. Στάμος Η τεχνολογία SDN (Software-Defined Networking) έχει φέρει επανάσταση τα τελευταία χρόνια στη διαχείριση δικτυακού εξοπλισμού και το σχεδιασμό δικτύων. Η κεντρική ιδέα είναι ο διαχωρισμός του control plane (το τμήμα όπου εκτελούνται οι λογικές διεργασίες για την υποστήριξη δικτυακών πρωτοκόλλων) και του data/forwarding plane (το τμήμα όπου εκτελείται η προώθηση των πακέτων προς το κατάλληλο interface), με το πρωτόκολλο OpenFlow να διαφαίνεται ως ο επικρατέστερος τρόπος επικοινωνίας μεταξύ τους. Με την αρχιτεκτονική SDN γίνεται εφικτή η προμήθεια γενικού δικτυακού εξοπλισμού (bare metal) και η μετέπειτα προσθήκη κατάλληλου λογισμικού, η προγραμματιστική και κεντρική διαχείριση των δικτυακών πρωτοκόλλων, καθώς και το network virtualization. Στόχος της προτεινόμενης διπλωματικής είναι να μελετηθούν τα northbound interfaces του Open Network Operating System (το λογισμικό που κάνει τη διαχείριση του control plane). Με τη χρήση των northbound interfaces μπορεί να γίνει η ανάπτυξη καινοτόμων εφαρμογών για την παραμετροποίηση της λειτουργίας του δικτύου. Γενικά: Κατανόηση της λειτουργίας του Internet, και των τεχνολογιών δικτύων. Μαθήματα: Δίκτυα Η/Υ, Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων, Τηλεματική και Νέες Υπηρεσίες, Γλώσσες Προγραμματισμού. Προγραμματισμός: Java (απαραίτητα), C/C++, Python (εκτιμάται)
Εργασία 10 Ανάπτυξη δικτυακών εφαρμογών με το Ktor framework Χ. Μπούρας - Κ. Στάμος Η Kotlin είναι μία σχετικά νέα γλώσσα προγραμματισμού για το JVM η οποία πρόσφατα άρχισε να υποστηρίζεται και για δημιουργία εφαρμογών Android. Για την ανάπτυξη δικτυακών εφαρμογών (HTTP εφαρμογών, web applications, κινητών εφαρμογών) μία επιλογή είναι η χρήση του Ktor framework. μελετήσει την τρέχουσα κατάσταση του Ktor framework, την υποστήριξή του για την ανάπτυξη HTTP APIs και τη συνεργασία του με τεχνολογίες όπως OAuth2/OpenId Connect, Swagger, Docker. Εάν καταστεί εφικτό στόχος της διπλωματικής είναι και να δημιουργηθούν οι κατάλληλες επεκτάσεις για τη σύνδεση του Ktor με μία από τις παραπάνω τεχνολογίες. Γενικά: Καλες γνώσεις προγραμματισμού, βασική κατανόηση λειτουργίας web. Μαθήματα: Δίκτυα Υπολογιστών, Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός, Τεχνολογίες Διαδικτύου. Προγραμματισμός: Java, Kotlin (επιθυμητή)
Εργασία 11 Βελτιστοποίηση απόδοσης με χρήση εξομοίωσης δικτύων Internet of Things βασισμένα σε τεχνολογία LoRa Χ. Μπούρας Α. Γκάμας Τα δίκτυα Internet of Τhings (IoT) αποτελούν δίκτυα επικοινωνίας πληθώρας συσκευών και αντικειμένων που ενσωματώνουν ηλεκτρονικά μέσα, λογισμικό, αισθητήρες και συνδεσιμότητα σε δίκτυο ώστε να επιτρέπεται η σύνδεση και η ανταλλαγή δεδομένων. Η μείωση του κόστους, η σμίκρυνση και η μειωμένη κατανάλωση των αισθητήρων IoT δίνει την δυνατότητα σε μεγάλο αριθμό συσκευών και αντικειμένων να επικοινωνούν μεταξύ τους ή γενικά με το διαδίκτυο. Μία ελκυστική τεχνολογία για την υλοποίηση δικτυών ΙοΤ είναι η τεχνολογία LoRa (Long Range). Στόχος της συγκεκριμένης διπλωματικής είναι η μελέτη των διαθέσιμων εξομοιωτών δικτύων IoT βασισμένων στην τεχνολογία LoRa, και η πραγματοποίηση εξομοίωσης διάφορων σεναρίων δικτύων ΙοΤ βασισμένων στην τεχνολογία LoRa, με στόχο την βελτιστοποίηση της απόδοσης του δικτύου. Προγραμματισμός: C/C++, Python, Matlab
Εργασία 12 Βελτιστοποίηση απόδοσης με χρήση εξομοίωσης δικτύων Internet of Things βασισμένα σε τεχνολογία NB-IoT Χ. Μπούρας - Α. Γκάμας Τα δίκτυα Internet of Τhings (IoT) αποτελούν δίκτυα επικοινωνίας πληθώρας συσκευών και αντικειμένων που ενσωματώνουν ηλεκτρονικά μέσα, λογισμικό, αισθητήρες και συνδεσιμότητα σε δίκτυο ώστε να επιτρέπεται η σύνδεση και η ανταλλαγή δεδομένων. Η μείωση του κόστους, η σμίκρυνση και η μειωμένη κατανάλωση των αισθητήρων IoT δίνει την δυνατότητα σε μεγάλο αριθμό συσκευών και αντικειμένων να επικοινωνούν μεταξύ τους ή γενικά με το διαδίκτυο. Μία ελκυστική τεχνολογία για την υλοποίηση δικτυών ΙοΤ είναι η τεχνολογία NB- IoT (Narrowband IoT). Στόχος της συγκεκριμένης διπλωματικής είναι η μελέτη των διαθέσιμων εξομοιωτών δικτύων IoT βασισμένων στην τεχνολογία NB-IoT, και η πραγματοποίηση εξομοίωσης διάφορων σεναρίων δικτύων ΙοΤ βασισμένων στην τεχνολογία NB-IoT, με στόχο την βελτιστοποίηση της απόδοσης του δικτύου. Προγραμματισμός: C/C++, Python, Matlab