Η παρούσα διπλωματική εργασία συνίσταται στην μελέτη, την ανάπτυξη και την αξιολόγηση τεχνικών και μεθόδων αποφυγής συμφόρησης στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Στα πλαίσια της εργασίας σχεδιάστηκε μια μέθοδος αποφυγής συμφόρησης η οποία δύναται να διαχειριστεί με επιτυχία κίνηση πακέτων δεδομένων διαφορετικών προτεραιοτήτων και η οποία ονομάστηκε Priority Based Congestion Avoidance Technique (PB-CAT). Η PB-CAT χρησιμοποιεί έναν εξελιγμένο μηχανισμό καθυστέρησης και συγχώνευσης πακέτων ώστε να μειώνεται ο συνολικός αριθμός μεταδόσεων και να αυξάνεται η εκμετάλλευση του μέσου επικοινωνίας με αποτέλεσμα τη βελτίωση της απόδοσης του δικτυακού συστήματος. Με σκοπό την πειραματική αξιολόγησή της, η μέθοδος υλοποιήθηκε στο λειτουργικό σύστημα Contiki και έγιναν εκτεταμένες προσομοιώσεις της λειτουργίας της στον Cooja simulator. Τα αποτελέσματα των εν λόγω προσομοιώσεων απέδειξαν ότι η τεχνική που προτείνεται παρουσιάζει ευεργετική επίδραση στην απόδοση των ασυρμάτων δικτύων αισθητήρων και ιδιαίτερα σε αυτά στα οποία υπάρχει υψηλή κίνηση δεδομένων. / Wireless sensor networks are typically consisted of hundreds of nodes which generate a high volume of network traffic. Therefore, taking into account the multi-hop communication architecture that is most commonly used in said networks, bottlenecks are bound to appear in parts of the system. Those bottlenecks, also referred to as network congestion, can have a vast effect on network performance and, given the constricted resources of WSNs nodes, result in the system failing to serve its purpose. Consequently, special care should be taken to avoid or alleviate the problem of congestion, by developing specific algorithms and methods. Our study aims to lessen the effect of congestion in WSNs by studying, implementing and evaluating techniques of congestion avoidance. In the context of this study, we designed and implemented an innovative congestion avoidance method which can successfully handle three different packet priorities thus naming it Priority Based Congestion Avoidance Technique (PB-CAT). PB-CAT uses an advanced mechanism of packet delay and merging in order to reduce the total transmissions and heighten the optimal use of the communication medium, resulting in improved network performance. In order to evaluate our method, we implemented it using the Contiki OS and performed extensive simulations in the Cooja network simulator. The simulation results presented a clear improvement of the network metrics while the proposed technique was in use, particularly, in sensor networks with a high volume of traffic, where we observed a considerable amount of enhancement in the quality of the network operation.

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.