Η παρούσα εργασία διερευνά την παράμετρο της συμφόρησης της επικοινωνιακής κίνησης στα κυψελωτά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας GSM. Αρχικά γίνεται μια εισαγωγή στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας ξεκινώντας από τα συστήματα 1ης γενιάς και καταλήγοντας τα σημερινά συστήματα 4ης γενιάς. Στην συνέχεια, παρουσιάζεται η δομή του κυψελωτού δικτύου κινητής τηλεφωνίας GSM δίνοντας έμφαση στην αρχιτεκτονική του, στις διεπαφές και το πρωτόκολλα που χρησιμοποιεί καθώς και στις βασικές λειτουργίες που εκτελεί. Σε μεγαλύτερο βάθος, αναλύονται οι λειτουργίες και τα πρωτόκολλα του HLR κόμβου, ο οποίος αποτελεί και ένα από τα πιο κεντρικά μέρη του δικτύου GSM. Μετά μελετάται η παράμετρος της συμφόρησης στα δίκτυα GSM γενικά δίνοντας τον ορισμό της έννοιας της συμφόρησης, παρουσιάζοντας τα διαφορετικά είδη συμφόρησης και τις αιτίες που την δημιουργούν και καταλήγοντας στους ποικίλους τρόπους αντιμετώπισης της. Το βασικό κομμάτι της παρούσας εργασίας ασχολείται με την διερεύνηση της παραμέτρου της τηλεπικοινωνιακής συμφόρησης μέσα στο HLR κόμβο ενός κυψελωτού δικτύου κινητής τηλεφωνίας GSM, και συγκεκριμένα την συμφόρηση της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας CPU του κόμβου αυτού. Περιγράφεται η περίπτωση του ενσωματωμένου HLR κόμβου (Integrated MSC/HLR) ενώ αναλύεται, σε πιο μεγάλη λεπτομέρεια, η περίπτωση του αυτόνομου HLR κόμβου (Stand-alone HLR). Ακολουθεί η παρουσίαση των αιτιών συμφόρησης της CPU ενός αυτόνομου HLR κόμβου και δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στην διαδικασία του Location Updating και στην συμφόρηση που συμβαίνει κατά την διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Γίνεται μια σύντομη αναφορά σε διάφορους τρόπους αντιμετώπισης αυτού του είδους της συμφόρησης και ύστερα προτείνεται ένας ολοκληρωμένος αλγόριθμος αποφυγής της εν λόγω συμφόρησης. Παρουσιάζεται με λεπτομέρεια το κάθε κομμάτι του αλγορίθμου αυτού και κατασκευάζεται ένας κώδικας προσομοίωσης του. Με βάση αυτών τον κώδικα, πραγματοποιούνται διάφορες μετρήσεις και πειράματα, παρουσιάζονται τα διάφορα αποτελέσματα και τελικά ο αλγόριθμος κρίνεται για την τη καταλληλότητα, την απόδοση, την προσαρμοστικότητα και την αξιοπιστία του. / This paper investigates the parameter of congestion of communication traffic in cellular mobile networks GSM. Initially, an introduction in the mobile networks is presented starting from the first generation systems and ending to the current fourth-generation systems. Then, the structure of cellular mobile GSM network is explored with an emphasis on architecture, interfaces and protocols used and the basic functions it performs. The functions and protocols of the HLR node, which is also one of the most central parts of the network GSM, is analyzed in more detail. Additionally, the parameter of the congestion in GSM networks, in general, is considered giving the definition of congestion, showing the different types and the causes that lead to its appearance and ending to the several ways that can help to prevent its creation or to suppress it. The main part of this study deals with the exploration of the parameter of congestion of telecommunication traffic in the HLR node in a cellular mobile network GSM, namely the congestion of central processing unit CPU of this node. It describes the case of integrated HLR node (Integrated MSC / HLR) and analyzes, in greater detail, the case of autonomous HLR node (Stand-alone HLR). The presentation of the causes of CPU bottlenecks in an autonomous HLR node follows with a particular attention to the Location Updating procedure and the congestion that occurs during this process. A brief reference to the various ways of dealing with this kind of congestion is presented and then an integrated algorithm that aims to avoid the congestion is proposed. Every piece of this algorithm is analyzed in great detail and a simulation code is constructed . Based on this code, various measurements and experiments are carried out , the different results are studied and evaluated and the algorithm is finally judged for its appropriateness, efficiency, adaptability and reliability.

Στα κυψελωτά δίκτυα κινητών επικοινωνιών, η διαρκής κίνηση των κινητών συσκευών δημιουργεί την ανάγκη ύπαρξης μηχανισμών οι οποίοι θα διασφαλίζουν το αδιάλειπτο της επικοινωνίας «εν κινήσει». Αυτό ακριβώς επιτυγχάνεται με την εφαρμογή μηχανισμών μεταπομπής, οι οποίοι, με τρόπο διάφανο προς την κινητή συσκευή, συνδέονται δυναμικά με το καταλληλότερο σημείο εκπομπής τηλεπικοινωνιακού σήματος (Σταθμός Βάσης) που εκπέμπει στην ευρύτερη περιοχή. Στην παρούσα μελέτη παρουσιάζονται και αναλύονται οι υπάρχουσες κατηγορίες μεταπομπής, ενώ δίνεται ιδιαίτερη έμφαση σε αυτές που είναι εφαρμόσιμες στα δίκτυα τρίτης γενιάς (3G). Μία από τις σημαντικότερες κατηγοριοποιήσεις των τύπων μεταπομπής είναι αυτή σε σκληρού τύπου (hard) και μαλακού τύπου (soft ή softer). Σημαντικό πλεονέκτημα του μαλακού τύπου μεταπομπής είναι η διασφάλιση της ανεξαρτησίας καναλιών (channel diversity) η οποία τελικά οδηγεί σε αλγορίθμους μεταπομπής που καταναλώνουν μικρότερες ποσότητες ενέργειας. Από την άλλη στις μεταπομπές μαλακού τύπου γίνεται χρήση περισσότερων πόρων του δικτύου και υπάρχει μεγαλύτερη πολυπλοκότητα. Στην παρούσα μελέτη μελετώνται οι τεχνικές οι οποίες χρησιμοποιούνται για να ληφθεί η απόφαση εκτέλεσης μεταπομπής. Βασικές κατηγορίες αλγορίθμων απόφασης μεταπομπής είναι αυτοί που στηρίζονται στη στάθμη της ισχύος του λαμβανόμενου σήματος, αυτοί που στηρίζονται σε fuzzy logic και οι αλγόριθμοι προτεραιότητας. Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας μελετάται και αναλύεται κριτικά η σχετική βιβλιογραφική έρευνα που έχει διενεργηθεί και εξακολουθεί να διεξάγεται σχετικά με την εφαρμογή αλγορίθμων μεταπομπής, με έμφαση στις τεχνικές μεταπομπής που βρίσκουν εφαρμογή σε συστήματα CDMA (Code Division Multiple Access). Επιπλέον, υλοποιείται και προσομοιάζεται, ένα μοντέλο το οποίο συνδυάζει τεχνικές «Γκρι Προβλέψεων» (Grey Prediction) με κλασσικούς μηχανισμούς μεταπομπής με στόχο τη βελτιστοποίηση του πλήθους των εκτελούμενων μεταπομπών, ελαχιστοποιώντας ταυτόχρονα την πιθανότητα απόρριψης κλήσεων (call blocking probability). Η ταυτόχρονη χρήση και αξιοποίηση και των τριών εργαλείων (Matlab, Simulink και Stateflow) απλοποιεί την υλοποίηση και ταυτόχρονα διευκολύνει την αξιολόγηση των παραγόμενων αποτελεσμάτων. Ο βασικός δείκτης επίδοσης με τον οποίο αξιολογείται ο αλγόριθμος που υλοποιείται, είναι το πλήθος των μεταπομπών που εκτελούνται, ενώ οι εκτελεσθείσες προσομοιώσεις στηρίζονται σε τιμές των παραμέτρων που έχουν προταθεί στο (Saeed Changiz Rezaei, Hossein Khalaj, 2005), συνδυασμένες με διάφορες τιμές Υστέρησης (Hysteresis). Προκύπτει ότι καθώς αυξάνεται η τιμή της Υστέρησης, ο αριθμός των μεταπομπών που εκτελούνται μειώνεται, όπως άλλωστε αναμενόταν. Τέλος, θα πρέπει να επισημανθεί ότι, η πολύ μεγάλη συχνότητα δειγματοληψιών του εν λόγω μοντέλου σε συνδυασμό με την ομαλότητα κίνησης της κινητής συσκευής και την καλή προβλεπτική ικανότητα του Αλγορίθμου Grey Prediction, οδηγεί στον υπολογισμό μιας πολύ ομαλής ακολουθίας διαδοχικών τιμών ισχύος των λαμβανόμενων σημάτων και τελικά σε ελαχιστοποίηση του αριθμού των μεταπομπών που διενεργούνται. / In cellular mobile networks, the continuous movement of mobile devices creates the need for mechanisms that are necessary to ensure continuity of communication. This is exactly what is achieved by applying handover mechanisms, which connect the mobile device, dynamically and transparently with appropriate emission point (base station) in the region. In the present work, existing categories of handover, with a particular emphasis on those applicable to third-generation networks (3G), are studied and analyzed. One of the major classifications of handovers is that in hard and soft or softer handovers. An important advantage of soft handover is that it ensures the channel diversity which ultimately leads to handover algorithms that consume less energy. On the other hand, in the case of soft handover more network resources are required and greater complexity of the algorithms makes implementation harder. In this study, we studied the techniques used to decide if a handover should be executed in a mobile communication system. There are three basic categories of handover decision algorithms, i.e. those that are based on the level of the received signal power, the algorithms that are based on fuzzy logic and finally the priority algorithms. In the present study, we analyze critically the relevant literature on handover algorithms, emphasizing on those that can be applied in CDMA (Code Division Multiple Access) systems. In addition, we implement and simulate a model which combines "Grey Prediction" techniques with classical handover mechanisms to optimize the number of handovers performed while minimizing the call blocking probability. The simultaneous use and exploitation of three tools (Matlab, Simulink and Stateflow) simplifies the implementation and at the same time facilitates evaluation of the results. The key performance indicator used to evaluate algorithm’s performance is the number of handovers performed. Performed simulations are based on values of the parameters proposed in (Saeed Changiz Rezaei, Hossein Khalaj, 2005), combined with various values of Hysteresis. It is evident when looking at the simulation results, that the number of handovers performed decreases, as hysteresis increases. Finally, it should be noted that the very high sampling frequency of the model, combined with the smoothness of the mobile device motion and the good predictive ability of the Grey Prediction Algorithm, leads to the calculation of a very smooth sequence of consecutive values of the received signals and thus to the minimization of the number of handovers performed.