Στα πλαίσια της εργασίας αυτής μελετήθηκε η συμβολή της γλώσσας προγραμματισμού scratch στη διδασκαλία του προγραμματισμού και τη δημιουργία υπολογιστικών εφαρμογών, στο μάθημα Τεχνολογίες Πληροφορίας και επικοινωνιών στην Πρωτοβάθμια Εκπαίδευση στις τελευταίες τάξεις του δημοτικού σχολείου. Στην παρούσα έρευνα περιγράφεται ο σχεδιασμός και η υλοποίηση του εκπαιδευτικού σεναρίου, καθώς και τα αποτελέσματά του ως προς την διαφοροποίηση της γνωστικής συμπεριφοράς των μαθητών ως προς την οικοδόμηση της δομής επιλογής, απλής και σύνθετης. Οι μαθητές υλοποίησαν 11 δραστηριότητες με τα αντίστοιχα φύλλα εργασίας τους, στο εργαστήριο πληροφορικής του σχολείου. Εξετάστηκαν οι δυσκολίες που συνάντησαν οι μαθητές στην υλοποίηση των δραστηριοτήτων, καθώς και τα προβλήματα που αντιμετώπισαν. Μελετήθηκε η συμβολή του εκπαιδευτικού σεναρίου το οποίο αναπτύχθηκε για την διδασκαλία της δομής επιλογής απλής και σύνθετης, καθώς και η συμβολή της αποτελεσματικής συνεργασίας των μαθητών ως μέλη ομάδων εργασίας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μαθητές είχαν ελάχιστα προβλήματα στην υλοποίηση των συνθηκών, ενώ περισσότερα από αυτά τα προβλήματα προέκυπταν όταν έπρεπε να εισάγουν λογικούς τελεστές. Εντοπίστηκε δυσκολία στην απλή δομή επιλογής με την εισαγωγή εντολών στην «αλλιώς». Διαπιστώθηκε ότι η χρήση του περιβάλλοντος scratch είναι ιδιαίτερα ελκυστική για τους μαθητές και ευνοεί την οικοδόμηση της δομής επιλογής σε συνδυασμό με κατάλληλα διαμορφωμένο εκπαιδευτικό σενάριο. Στην τελευταία δίωρη δραστηριότητα έγινε χρήση του ρομποτικού πακέτου Lego wedo με σκοπό την καλύτερη κατανόηση της χρήσης της δομής επιλογής. Ένα άλλο εύρημα της παρούσας ερευνητικής εργασίας αποτελεί η διαπίστωση ότι ένα κατάλληλα διαμορφωμένο κλίμα συνεργασίας ευνοεί και βελτιώνει την απόδοση των μαθητών. Με βάση τα παραπάνω, μπορούν να διατυπωθούν προτάσεις για την βελτίωση του συγκεκριμένου μαθήματος στο δημοτικό σχολείο και την ανάπτυξη κατάλληλου εκπαιδευτικού υλικού. / In this work, we studied the contribution of the programming language scratch in teaching programming and creating computer applications course in Information and Communications Technology in Primary Education in the last grades of elementary school. This research describes the design and implementation of the educational scenario and its effects on the differentiation of cognitive behavior of pupils in the building structure selection, simple and complex. Students implemented 11 activities with corresponding worksheets in the school computer lab . Examined the difficulties encountered by students in the implementation of activities, and the problems encountered. We studied the contribution of the educational scenario was developed for the teaching of structure selection simple and complex , and the contribution of the effective cooperation of students as members of working groups . The results showed that students had few problems in the implementation of treaties, while most of these problems arose when they had to introduce logical operators. Detected difficulty simple structure selection by enter commands into the " else ".It was found that the use of ambient scratch is especially attractive to students and conducive to building structure selection in conjunction with appropriately designed educational scenario . In the last two-hour activity we used the robotic Lego wedo package in order to better understand the use of structure selection. Another finding of this study is that a properly configured and working atmosphere conducive improves student performance. According this research, we can make suggestions for the improvement of the course in elementary school and the development of appropriate educational material.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία διερευνήθηκε η επιλογή των πρωτοετών φοιτητών αναφορικά με το τμήμα της πανεπιστημιακής τους εκπαίδευσης στην Ελλάδα. Ειδικότερα, αυτή η επιλογή αξιολογείται μέσω δυο μεταβλητών. Η πρώτη αφορά το αντικείμενο σπουδών με βάση το επιστημονικό περιεχόμενο του προγράμματος σπουδών και η δεύτερη αφορά τις προεξοφλημένες αποδόσεις ανά αντικείμενο σπουδών. Για λόγους εκτίμησης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα για το έτος 2006 από το Ατομικό Δελτίο Φοιτητή-Σπουδαστή της Ελληνικής Στατιστικής Αρχής (Ελ.ΣΤΑΤ) και εφαρμόστηκαν υποδείγματα διακριτής επιλογής με διάταξη (ordered probit) αλλά και χωρίς διάταξη (binary probit). Ως επεξηγηματικές μεταβλητές χρησιμοποιήθηκαν το επίπεδο εκπαίδευσης, το επάγγελμα των γονέων και μια ευρεία δέσμη δημογραφικών μεταβλητών (ηλικία, φύλο, τόπος γέννησης, κ.λπ.). Όπως προέκυψε από τα αποτελέσματα της οικονομετρικής ανάλυσης η επιλογή του πανεπιστημιακού τμήματος (είτε με βάση το αντικείμενο σπουδών είτε με βάση τις προεξοφλημένες αποδόσεις) επηρεάζεται σημαντικά από το οικογενειακό υπόβαθρο (εκπαίδευση, επάγγελμα) του πρωτοετή φοιτητή. Επίσης, διερευνήθηκε η σχέση μεταξύ του οικογενειακού εισοδήματος και της επιλογής πανεπιστημιακού τμήματος με βάση τις μελλοντικές αποδόσεις και βρέθηκε να υπάρχει μια θετική και στατιστικά σημαντική σχέση μεταξύ αυτών των δυο μεταβλητών. Με βάση τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας, η δια-γενεακή κινητικότητα στην Ελλάδα (που σχετίζεται με την επιλογή του πανεπιστημιακού τμήματος από τους πρωτοετείς φοιτητές) αναμένεται να είναι χαμηλή. / In this thesis is investigated the choice of the university major of study of the Greek freshmen. Specifically, this choice of major is assessed through two variables. The first is the object of study based on the scientific content of the curriculum and the second is the discounted returns of education per major of study. For assessment purposes we used data for the year 2006 from the Greek statistic authority (el.stat)and we applied discrete choice models by order (ordered probit) and also without order (binary probit). As explanatory variables are used the educational attainment and occupation of parents as well as a wide range of demographic variables (age,sex,place of birth, etc). As the results of the econometric analysis demonstrate the choice of university department(regardless the type of the discrete choice model we use) is significantly influenced by the family background and their social class. It is also investigated the relationship between family income and choice of university department based on future earnings and is found to be a positive and statistically significant relationship between these two variables. Based on the results of this study the intergenerational mobility in Greece (associated with the major of study the freshmen choose) is expected to be low.

Τις τρεις τελευταίες δεκαετίες, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή έχει δημιουργήσει τρόπους ευαισθητοποίησης των βιομηχανιών για περιβαλλοντικά ζητήματα, προάγοντας την εταιρική κοινωνική ευθύνη (ΕΚΕ). Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζουμε εμπειρικά τη σχέση ανάμεσα στην υιοθέτηση περιβαλλοντικής καινοτομίας από τις ελληνικές επιχειρήσεις, οι οποίες δραστηριοποιούνται στον τομέα της Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΤΑ). Η συγκεκριμένη οικονομετρική μελέτη βασίστηκε σε δεδομένα που δημιουργήθηκαν μέσω ερωτηματολογίου που συμπληρώθηκε από επιχειρήσεις που βρίσκονται στον κλάδο των Χημικών και των Μεταλλικών. Αναφορικά με τη θεωρητική προσέγγιση, η εργασία μας εστιάζει στις αντικρουόμενες προσεγγίσεις της υπόθεσης αμοιβαίου οφέλους (win-win) του Porter, 1991 και των Porter και Van der Linde, 1995 με την νεοκλασική θεωρία, που είχε ως κύριους εκφραστές της, τους Jaffe και Palmer 1995,1997. Σύμφωνα με την οικονομετρική ανάλυση η πιθανότητα μια επιχείρηση να υιοθετήσει περιβαλλοντικές πρακτικές, στα πλαίσια ΕΤΑ, επηρεάζεται θετικά από την συνεχή εξαγωγική δραστηριότητα της τελευταίας δεκαετίας καθώς και από το μέγεθος της επιχείρησης. Ωστόσο, η οικονομετρική ανάλυση έδειξε επίσης ότι άλλοι παράγοντες που είχαν προταθεί στη βιβλιογραφία, όπως ο τρόπος εξαγωγών της επιχείρησης και οι γραφειοκρατικές διαδικασίες που ακολουθεί, έχουν μη στατιστικά σημαντική επίδραση ως προς την περιβαλλοντική καινοτομία. Τέλος, η πιθανότητα υιοθέτησης περιβαλλοντικής καινοτομίας επηρεάζεται αρνητικά από τη μεγάλη δυσκολία που συναντούν οι επιχειρήσεις λόγω της αυστηρότητας των νομοθετικών ρυθμίσεων. / The three last decades the European Commission has been placing an emphasis on promoting the CSR that aims to support the industry’s realization of environmental innovations in order to achieve a reduction of all environmental impacts. The present study investigates the realization of environmental innovation by companies involved in Research and Development, which belong to chemical and metal industry. This study is based on a unique firm level data set of the Greek industry. A theoretical approach of Porter Hypothesis has been developed. According to the econometric analysis, the probability of a firm to adopt environmental technologies under R&D activities is positively affected by the continuing export activity in the last ten years and the size of the firm. However, the econometric analysis also showed that other factors that have been suggested in literature, such as the export method of the company and bureaucratic procedures do not have significant effect on environmental innovation. Finally, the probability of the adoption of environmental innovation is negatively affected by the great difficulty faced by firms due to the stringency of regulation.

Το ερευνητικό αντικείμενο και ο στόχος της διδακτορικής διατριβής είναι η πρόταση μιας ολοκληρωμένης λύσης για την υποστήριξη τηλεπικοινωνιακών εφαρμογών σε ασύρματα δίκτυα τα οποία δεν στηρίζονται σε σταθερές δικτυακές υποδομές. Ένα τέτοιο δίκτυο, το οποίο αναφέρεται στη διεθνή βιβλιογραφία ως Mobile Ad-hoc Network (MANET), είναι ένα αυτο-οργανώσιμο αυτο-σχηματιζόμενο ασύρματο δίκτυο με διαδρομές πολλαπλών τμημάτων (multi-hop), όπου η δομή του δικτύου αλλάζει δυναμικά λόγω της κινητικότητας των κόμβων ή αλλαγές στην τοπολογία. Η αρχιτεκτονική που προτείνεται για την ικανοποίηση των τιθέμενων απαιτήσεων στηρίζεται στην ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου επικοινωνιακού αρχιτεκτονικού πλαισίου για MANET δίκτυα το οποίο περιλαμβάνει μηχανισμούς μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας που οφείλεται σε επικοινωνιακές λειτουργίες, την ανάπτυξη ενός εξειδικευμένου πρωτοκόλλου δρομολόγησης, τροποποιήσεις του πρωτοκόλλου TCP στο επίπεδο μεταφοράς και την υλοποίηση ενός νέου πρωτόκολλου διαχείρισης δικτύου. Η απόδοση της προτεινόμενης επικοινωνιακής διαστρωμάτωσης είναι υψηλή σε περιβάλλον με μεγάλη κινητικότητα των κόμβων και δυναμική αλλαγή της τοπολογίας ενώ παράλληλα η κατανάλωση ενέργειας των κόμβων παραμένει σχετικά χαμηλή. Οι αλγόριθμοι και τα πρωτοκόλλα που παρουσιάζονται σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς και τις απαιτήσεις ενός ενσωματωμένου συστήματος, ενώ η απόδοση και αξιοπιστία τους τεκμηριώνονται θεωρητικά και με εξομοιώσεις. / The research objective of this thesis is a complete solution so as to support the implementation of telecommunication applications in wireless networks that operate without the presence of fixed infrastructure. Such a network, cited as Mobile Ad-hoc Network (MANET) in international literature, is a self-organized, auto-configured wireless network with multi-hop routing paths where its structure is modified dynamically due to node mobility and topological changes. In order to meet the above requirements a new communication framework for MANET networks is presented, which consists of the adaptation of communication-related energy reduction techniques, development of a specialized routing protocol at the network layer, modifications of the TCP protocol at the transport layer and the implementation of a novel network management protocol. The performance of the proposed protocol stack is satisfactory in dynamic network topologies with increased node mobility, whereas the node energy consumption remains in low levels. The presented algorithms and protocols are designed and implemented considering the constraints and requirements of an embedded system, while their performance and reliability is proved theoretically and by simulation results.

Στην εργασία περιγράφεται η διαδικασία εξοικείωσης των μαθητών με το εκπαιδευτικό πακέτο της Αλγοριθμικής και τον προγραμματισμό μέσω μελέτης περίπτωσης ενός τμήματος ενιαίου Λυκείου. Η Αλγοριθμική είναι ένα ολοκληρωμένο πακέτο προγραμματιστικών περιβαλλόντων και εργαλείων για τη διδακτική υποστήριξη σεναρίων και δραστηριοτήτων ενταγμένων στα μαθήματα Πληροφορικής της Γ’ Γυμνασίου και των Α’, Β’ και Γ’ Λυκείου. Το περιβάλλον αυτό χρησιμοποιήθηκε για τη διδασκαλία της αλγοριθμικής σκέψης και του προγραμματισμού σε ένα τμήμα της Α’ τάξης ενιαίου Λυκείου. Στην εργασία παρουσιάζονται τα κυριότερα λάθη των μαθητών τόσο στο Δημιουργό Διαγραμμάτων Ροής όσο και στο Διερμηνευτή της Γλώσσας σε αρχικό στάδιο διδασκαλίας όσο και σε πιο προχωρημένο με τη χρήση της δομής επιλογής και συγκεκριμένα εμφωλευμένων ΑΝ. Κρίνεται η αποδοτικότητα των σεναρίων χρήσης της Αλγοριθμικής και γίνονται ορισμένες προτάσεις για τη βελτίωσή τους, καθώς και τη βελτίωση των εργαλείων ΔΔΡ και Διερμηνευτής της Γλώσσας για την καλύτερη χρήση από τους μαθητές. Τέλος, παρουσιάζονται κάποιες υλοποιήσεις μαθητών που είχαν καλή δομή κώδικα και ιδιαίτερη εφευρετικότητα. / The work describes the process of introducing students to computer programming and in particular with the educational package “Algorithmic”, through case study of a single Secondary School classroom. “Algorithmic” is a complete package of programming environments and tools to support teaching scenarios and integrated activities in Secondary School computer classrooms. This package was used in teaching algorithmic thinking and computer programming in a classroom of first grade Secondary School. The paper describes the main errors of students when creating flowcharts as well as computer programs using the software tool “GLOSSA”, in earlier teaching stages and later with the use of more advanced decision structures like nested IF statements. This work studies the efficiency of the usage scenarios of “Algorithmic” and makes suggestions for improving the software tools “flowchart” and “GLOSSA” to be more suitable to the level of students and to the course goals. Finally, the paper presents some well structured programming implementations of students.

Η χρήση διαφορισμού σε συστήματα κινητών επικοινωνιών είναι μία ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική για την καταπολέμηση των διαλείψεων που παρατηρούνται στις ραδιοζεύξεις. Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζονται διάφοροι τρόποι και τεχνικές για την μελέτη της απόδοσης συστημάτων που κάνουν χρήση διαφορισμού στον δέκτη. Οι τεχνικές διαφορισμού που μελετώνται είναι ο διαφορισμός ίσου κέρδους (equal-gain combining) και ο διαφορισμός επιλογής (selection combining). Επιπλέον, στα πλαίσια της διατριβής αυτής, υποθέτουμε ότι ο δέκτης λειτουργεί σε κανάλια μη-επιλεκτικών συχνοτήτων με βραδείες διαλείψεις (flat and slow fading channels), ενώ το εκπεμπόμενο σήμα υφίσταται διαλείψεις κατά Rayleigh, Nakagami-m, Rice ή Hoyt. Αποδεικνύεται ότι η απόδοση του συστήματος στο οποίο ο δέκτης κάνει χρήση διαφορισμού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από: • τη συσχέτιση μεταξύ των καναλιών διαφορισμού και • τη διαφορά της ισχύος μεταξύ των καναλιών διαφορισμού. Για να μελετηθεί η απόδοση ενός ΔΕ που λειτουργεί σε συσχετισμένα Nakagami-m κανάλια παρουσιάζεται παρουσιάζονται για πρώτη φορά σε κλειστή μορφή η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας (ΣΠΠ) Nakagami-m μεταβλητών με εκθετική συσχέτιση, ενώ η αντίστοιχη συνάρτηση αθροιστικής κατανομής (ΣΑΚ) που προκύπτει έχει τη μορφή πολλαπλών άπειρων αθροισμάτων. / Diversity reception has been successfully used in wireless communications systems to mitigate the negative effect of channel fading. This thesis deals with the performance analysis of wireless systems employing receiver diversity. The diversity schemes studied are selection combining (SC) and equal-gain combining (EGC). We assume that the receiver operates in flat and slow fading channels and that the signal undergoes Rayleigh, Nakagami-m, Rice or Hoyt fading. As it will be shown, the performance of the diversity system depends greatly on: • the correlation among the diversity branches, • the average power imbalance of the received signals In order to study the performance of a SC receiver operating in correlated Nakagami-m fading channels, we first present a statistical analysis of correlated Nakagami-m random variables (rvs). The probability density function (pdf) of exponentially correlated Nakagami-m rvs is presented in closed-form, while the corresponding cumulative distribution function (cdf) has the form of multiple converging infinite series. Furthermore, bounds for the truncation of the infinite series.

Η αυτόματη επεξεργασία εικόνων του ενδομητρίου αποτελεί ένα δύσκολο και πολυδιάστατο πρόβλημα, το οποίο έχει απασχολήσει πλήθος ερευνητών και για το οποίο έχει αναπτυχθεί μεγάλος αριθμός τεχνικών. Στην παρούσα διατριβή, παρουσιάζεται μια μεθοδολογική προσέγγιση, η οποία βασίζεται στη χρήση αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνων, για την αυτόματη εκτίμηση χαρακτηριστικών που περιγράφουν την αγγείωση και την υφή εικόνων του ενδομητρίου. Αφορμή της μελέτης αποτελεί ο ρόλος που διαπιστώνεται ότι διαδραματίζει η μεταβολή των τιμών των εν λόγω χαρακτηριστικών στην έγκαιρη διάγνωση των παθήσεων του ενδομητρίου. Στα πλαίσια της διατριβής, υλοποιήθηκε κατάλληλη μεθοδολογία για τον υπολογισμό ενός συνόλου χαρακτηριστικών τόσο για υστεροσκοπικές εικόνες, όσο και για ιστολογικές εικόνες του ενδομητρίου. Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε στην προ – επεξεργασία των εικόνων προκειμένου να προκύψει βελτίωση της ποιότητας καθώς και ενίσχυση της αντίθεσης αυτών. Στη συνέχεια, ανιχνεύτηκαν τα σημεία που αποτελούν τους κεντρικούς άξονες των υπό εξέταση αγγείων με χρήση διαφορικού λογισμού για τις υστεροσκοπικές εικόνες και υπολογίστηκε ένα σύνολο χαρακτηριστικών μεγεθών που περιγράφουν την αγγείωση και την υφή των εικόνων τόσο για τις υστεροσκοπικές όσο και για τις ιστολογικές εικόνες. Τέλος, εφαρμόστηκαν κατάλληλοι αλγόριθμοι με σκοπό την κατηγοριοποίηση των υστεροσκοπικών και των ιστολογικών εικόνων και συγκεκριμένα τον διαχωρισμό των παθολογικών και των φυσιολογικών εικόνων του ενδομητρίου. Παράλληλα, χρησιμοποιήθηκε η ROC ανάλυση στην απεικόνιση και ανάλυση της συμπεριφοράς των εν λόγω κατηγοριοποιητών. / Automatic analysis of the endometrial images is a difficult and multidimensional problem. For this reason, the number of papers and techniques regarding this issue is numerous. In this Thesis, a methodology is presented, based on advance image processing techniques in order to automatically estimate texture and vessel’s features in endometrial images. Motivation for the Thesis is the fact that the variation of the measurements of the specific features plays significant role in the seasonable diagnosis of endometrial disorders. Throughout this Thesis, an appropriate methodology is developed in order to estimate the features for the hysteroscopical and histological images of the endometrium. An important step is the pre – processing of the images in order to enhance the image quality and the image contrast. Then, the pixels that constitute the centerlines of vessels are detected by using differential calculus for the hysteroscopical images, only. Furthermore, the texture and vessel’s features in hysteroscopical and histological images are estimated. Finally, appropriate algorithms are applied in order to classify the hysteroscopical and histological images and distinguish pathological and normal endometrial images. ROC analysis is used in order to evaluate the discrimination power of the features that were estimated.

Ο ταχύτατα εξελισσόμενος τομέας των δικτύων κινητών επικοινωνιών έχει επιφέρει μία ιδιαίτερα αυξανόμενη απαίτηση για ασύρματη, πολυμεσική επικοινωνία. Στη ραγδαία εξέλιξη του τομέα αυτού συμβάλουν τα μέγιστα και οι απαιτήσεις της σύγχρονης αγοράς για ένα ενοποιημένο και λειτουργικό σύστημα κινητής τηλεφωνίας παρέχοντας παράλληλα πληθώρα ευρυζωνικών υπηρεσιών ψηφιακού περιεχομένου στους πελάτες - χρήστες του. Είναι γεγονός ότι τα τελευταία χρόνια τα δίκτυα επικοινωνιών τρίτης γενιάς (3G) - Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) γνωρίζουν μεγάλη άνθηση και η χρήση τους έχει επεκταθεί στις περισσότερες ευρωπαϊκές χώρες, όπως και στην Ελλάδα. Τα νέα αυτά κινητά δίκτυα αντικαθιστούν τα υπάρχοντα κινητά δίκτυα δεύτερης γενιάς και επιπλέον προσφέρουν προηγμένες υπηρεσίες στους κινητούς χρήστες. Ωστόσο, η αδήριτη ανάγκη για μεγαλύτερες (ευρυζωνικές) ταχύτητες πρόσβασης οδήγησε στην περαιτέρω ανάπτυξη των 3G δικτύων και στην υιοθέτηση νέων τεχνολογιών, με κυριότερο εκπρόσωπο τους την τεχνολογία High Speed Packet Access (HSPA). Η τεχνολογία HSPA αποτελεί τη φυσιολογική μετεξέλιξη του UMTS, η οποία πολλές φορές συναντάται και ως 3.5G ή 3G+, προκειμένου να δηλώσει την αναβάθμιση του 3G (UMTS) προτύπου. Ωστόσο, παρά το γεγονός ότι η τεχνολογία HSPA αναμένεται να προσφέρει τη δυνατότητα παροχής πληθώρας ευρυζωνικών υπηρεσιών, το 3rd Generation Partnership Project (3GPP), που αποτελεί τον οργανισμό που προτυποποιεί τις νέες τεχνολογίες και ορίζει τις προδιαγραφές τους, ήδη μελετά και επεξεργάζεται νέες τεχνολογίες που θα επικρατήσουν την αμέσως επόμενη δεκαετία στην αγορά των κινητών επικοινωνιών. Το νέο αυτό project αποκαλείται Long Term Evolution (LTE) και στοχεύει στην επίτευξη ακόμη υψηλότερων ρυθμών μετάδοσης σε συνδυασμό με την αξιοποίηση μεγαλύτερου εύρος ζώνης. Κύρια προοπτική του LTE αποτελεί η διασφάλιση της ανταγωνιστικότητας και η επικράτηση του προτύπου στο χρονικό ορίζοντα της επόμενης δεκαετίας. Κατά συνέπεια, η αγορά κινητών επικοινωνιών σταδιακά μεταλλάσσεται προς τη δημιουργία δικτύων κινητών επικοινωνιών επόμενης γενιάς, με απώτερο σκοπό την επίτευξη της αποκαλούμενης «Κινητής Ευρυζωνικότητας» (Mobile Broadband). Ταυτόχρονα με την εκτεταμένη εξάπλωση των δικτύων κινητών επικοινωνιών επόμενης γενιάς καθώς και τις αυξημένες δυνατότητες των κινητών συσκευών, οι πάροχοι πολυμεσικού περιεχομένου και υπηρεσιών ενδιαφέρονται όλο και περισσότερο για την υποστήριξη της πολυεκπομπής (multicasting) δεδομένων στα δίκτυα αυτά με σκοπό την αποτελεσματική διαχείριση και επαναχρησιμοποίηση των διαθέσιμων πόρων του δικτύου. Επιπρόσθετα, οι χρήστες των κινητών δικτύων έχουν πλέον την απαίτηση να προσπελαύνουν εφαρμογές και υπηρεσίες οι οποίες μέχρι σήμερα μπορούσαν να διατεθούν αποκλειστικά από τα συμβατικά ενσύρματα δίκτυα. Έτσι λοιπόν στις μέρες μας γίνεται λόγος για υπηρεσίες πραγματικού χρόνου όπως mobile TV, mobile gaming, mobile streaming κ.α. Ένα από τα σημαντικότερα βήματα των δικτύων κινητών επικοινωνιών προς την κατεύθυνση της παροχής νέων, προηγμένων πολυμεσικών υπηρεσιών είναι η εισαγωγή της υπηρεσίας Multimedia Broadcast / Multicast Service (MBMS). Η υπηρεσία MBMS έχει σαν κύριο σκοπό την υποστήριξη IP εφαρμογών πανεκπομπής (broadcact) και πολυεκπομπής (multicast), επιτρέποντας με αυτό τον τρόπο την παροχή υπηρεσιών υψηλού ρυθμού μετάδοσης σε πολλαπλούς χρήστες με οικονομικό τρόπο. Η multicast μετάδοση δεδομένων σε κινητά δίκτυα επικοινωνιών είναι μια σχετικά νέα λειτουργικότητα η οποία βρίσκεται ακόμη στο στάδιο των δοκιμών και της προτυποποίησης της. Ένας multicast μηχανισμός μεταδίδει τα δεδομένα μόνο μία φορά πάνω από κάθε ασύρματο σύνδεσμο που αποτελεί τμήμα των μονοπατιών προς τους προορισμούς-κινητούς χρήστες. Το κρισιμότερο σημείο που εντοπίζεται κατά τη multicast μετάδοση δεδομένων στα κινητά δίκτυα επικοινωνιών είναι ο αποτελεσματικός έλεγχος ισχύος. Οι σταθμοί βάσης των κυψελωτών αυτών δικτύων διαθέτουν περιορισμένους πόρους ισχύος, γεγονός που περιορίζει τη χωρητικότητα της κυψέλης (cell) και επιβάλλει τη χρήση μίας βέλτιστης στρατηγικής για την όσο το δυνατόν καλύτερη αξιοποίηση των διαθέσιμων πόρων ισχύος. Ο έλεγχος ισχύος στοχεύει στη μείωση της εκπεμπόμενης ισχύος, στην ελαχιστοποίηση του θορύβου στο κυψελωτό δίκτυο και κατά συνέπεια στη διασφάλιση μεγαλύτερης χωρητικότητας επιπλέον χρηστών. Ένα από τα βασικότερα στοιχεία του ελέγχου ισχύος στα δίκτυα κινητών επικοινωνιών επόμενης γενιάς κατά τη multicast μετάδοση πολυμεσικών δεδομένων αποτελεί η επιλογή του κατάλληλου καναλιού μεταφοράς για τη μετάδοση των δεδομένων στον κινητό χρήστη. Συγκεκριμένα, πρόκειται για ένα κρίσιμο ζήτημα το οποίο είναι ακόμα υπό εξέταση στο 3GPP. Προς την κατεύθυνση αυτή, στο MBMS πρότυπο έχουν αναπτυχθεί διάφοροι μηχανισμοί, με χαρακτηριστικό τον MBMS Counting Mechanism. Στόχος του μηχανισμού αυτού είναι η βελτιστοποίηση της ροής δεδομένων για την υπηρεσία MBMS, όταν αυτά διέρχονται από τις διεπαφές του UMTS/HSPA δικτύου. Ωστόσο, η υπάρχουσα μορφή του μηχανισμού αυτού, καθώς και των αρκετών άλλων μηχανισμών που έχουν προταθεί από το 3GPP, διακρίνεται από πολλές αδυναμίες που δεν επιτρέπουν την αποτελεσματική και μαζική μετάδοση πολυμεσικών δεδομένων. Τα σημαντικότερα προβλήματα των μηχανισμών αυτών είναι η απουσία ευρυζωνικών χαρακτηριστικών καθώς και η σπατάλη σημαντικού τμήματος των ούτως ή άλλως περιορισμένων πόρων ισχύος. Εν γένει, η επιλογή του κατάλληλου καναλιού μεταφοράς των πολυμεσικών δεδομένων στο ασύρματο μέσο είναι μια δύσκολη διαδικασία καθώς μια λανθασμένη επιλογή καναλιού μπορεί να οδηγήσει στην αστοχία μίας ολόκληρης κυψέλης. Γίνεται σαφές λοιπόν, ότι απαιτείται μία βελτιωμένη έκδοση των υπαρχόντων μηχανισμών για την αποτελεσματικότερη και οικονομικότερη μετάδοση πολυμεσικού περιεχομένου σε μεγάλο πλήθος χρηστών. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη του ελέγχου ισχύος στα δίκτυα κινητών επικοινωνιών επόμενης γενιάς καθώς και η ανάπτυξη νέων μεθόδων/μηχανισμών για τη βελτιστοποίηση του. Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της διατριβής αυτής είναι η ενσωμάτωση και η «εκμετάλλευση» όλων των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών της HSPA τεχνολογίας στην MBMS υπηρεσία. Προς αυτή την κατεύθυνση, στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναλύονται και αξιολογούνται όλα τα υπάρχοντα κανάλια μεταφοράς του UMTS και της τεχνολογίας HSPA τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη multicast μετάδοση MBMS υπηρεσιών. Η αξιολόγηση γίνεται με βάση την απαιτούμενη ισχύ που πρέπει να ανατεθεί από το σταθμό βάσης για καθένα από αυτά, και κατά συνέπεια με βάση το ρυθμό μετάδοσης τους, τον αριθμό των χρηστών που μπορούν να εξυπηρετήσουν, την ποιότητα υπηρεσιών για κάθε χρήστη, τη μέγιστη δυνατή κάλυψη της κυψέλης κ.α. Οι ιδιαίτερα αυξημένες απαιτήσεις των MBMS υπηρεσιών μας οδήγησαν στη συνέχεια στη διερεύνηση και αξιολόγηση ορισμένων τεχνικών μείωσης της εκπεμπόμενης ισχύος, με απώτερο σκοπό την αποδοτικότερη χρήση των πόρων του συστήματος κατά τη μετάδοση MBMS υπηρεσιών. Ενδεικτικά αναφέρουμε πως μία MBMS υπηρεσία με ρυθμό μετάδοσης 128 Kbps μπορεί να καταναλώσει έως και το 80% των πόρων ισχύος ενός σταθμού βάσης. Επομένως, γίνεται κατανοητό ότι η μετάδοση MBMS υπηρεσιών με τόσο υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης καθίσταται δύσκολη έως και αδύνατη. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος έχουν αναπτυχθεί τεχνικές, όπως η FACH Dynamic Power Setting, η Macro Diversity Combining και το Rate Splitting, ικανές να μειώσουν τα επίπεδα ισχύος κατά τη μετάδοση multicast δεδομένων στους MBMS χρήστες. Η διδακτορική αυτή διατριβή εξετάζει την αποδοτικότητα της χρήσης αυτών των τεχνικών εξοικονόμησης ισχύος και παρουσιάζει πειραματικά αποτελέσματα που αποκαλύπτουν το ποσό ισχύος που εξοικονομείται από κάθε μία τεχνική. Η αξιολόγηση τόσο των καναλιών μεταφοράς όσο και των τεχνικών μείωσης ισχύος θα οδηγήσει στην εύρεση ενός κατάλληλου σχήματος/μηχανισμού, ο οποίος θα εξασφαλίζει την αποδοτική εναλλαγή μεταξύ των διάφορων τύπων καναλιών κατά τη μετάδοση MBMS υπηρεσιών. Ο μηχανισμός αυτός, τον οποίο καλούμε MBMS Channel Assignment Mechanism (ή χάριν συντομίας «MCAM»), αναμένεται να εξασφαλίσει βελτιωμένη απόδοση σε σχέση με τους αντίστοιχους μηχανισμούς που έχουν προταθεί από το 3GPP, μείωση της καταναλισκόμενης ισχύος και κατά συνέπεια αύξηση της χωρητικότητας των κινητών δικτύων επόμενης γενιάς. Ωστόσο, το πιο αξιοπρόσεκτο πλεονέκτημα του προτεινόμενου μηχανισμού, που ουσιαστικά τον διαφοροποιεί από τις άλλες προσεγγίσεις, είναι ότι προσαρμόζεται στις αυξημένες απαιτήσεις των κινητών δικτύων επόμενης γενιάς για ταυτόχρονη παροχή πολλαπλών πολυμεσικών συνόδων. Το γεγονός αυτό μπορεί να επιτρέψει τη μαζική μετάδοση πολυμεσικών δεδομένων σε πληθώρα κινητών χρηστών, θέτοντας κατά τον τρόπο αυτό τον MCAM σαν έναν ισχυρό υποψήφιο για τα δίκτυα επόμενης γενιάς. / The rapid growth of mobile communications networks has involved an increasing demand for wireless, multimedia communication. The fast development of this area was mainly motivated by the requirements of modern market for a unified and functional system of mobile communications that, at the same time, may provide numerous broadband services to its users. More specifically, in the recent years, the usage of third generation (3G) - Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) cellular networks has begun to rise in most European countries, as in Greece. 3G networks have replaced the second generation mobile networks and moreover, are in position of offering advanced services to mobile users. However, the need for higher (broadband) speeds led to the further development of 3G networks and to the adoption of new technologies, with main representative the High Speed Packet Access (HSPA) technology. HSPA constitutes the evolution of UMTS and is known as 3.5G or 3G+ in order to indicate the upgrade from UMTS. However, despite the fact that HSPA technology is expected to allow the provision of numerous broadband services, the 3rd Generation Partnership Project (3GPP), the authorized organization for the standardization of new mobile technologies, already examines new technologies that will prevail in the mobile communications industry over the next decades. This novel project is known as Long Term Evolution (LTE) and aims at achieving increased data rates and reduced latency compared to UMTS and HSPA networks. Therefore, the mobile communications industry progressively evolves to next generation networks, with main target the achievement of the so called “Mobile Broadband”. Simultaneously, multimedia content and service providers show an increased interest in supporting multicast data in order to effectively manage and re-use the available network resources. Additionally, more and more users require access to applications and services that until today could only be accessed by conventional wired networks. Thus, real time applications and services may face low penetration today; however, they are expected to gain high interest in future mobile networks. These applications actually reflect a modern, future way of communication among mobile users. For instance, mobile TV is expected to be a “killer” application for 3G’s. Such mobile TV services include streaming live TV (news, weather forecasts etc.) and streaming video (such as video clips). All the above constitute a series of indicative emerging applications that necessitate advanced transmission techniques. One of the most significant steps towards the provision of such demanding services is the introduction of Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS). MBMS is a point-to-multipoint service in which data is transmitted from a single source entity to multiple destinations, allowing the networks resources to be shared. Actually, MBMS extends the existing UMTS infrastructure and efficiently uses network and radio resources, both in the core network and most importantly, in the air interface of UMTS, where the bottleneck is placed to a large group of users. Therefore, MBMS constitutes an efficient way to support the plethora of the emerging wireless multimedia applications and services such as IP video conferencing and video streaming. The main requirement during the provision of MBMS multicast services is to make an efficient overall usage of radio and network resources. This necessity mainly translates into improved power control strategies, since the base stations’ transmission power is the limiting factor of downlink capacity in UMTS networks. Under this prism, power control is one of the most critical aspects in MBMS due to the fact that downlink transmission power in UMTS networks is a limited resource and must be shared efficiently among all MBMS users in a cell. Moreover, power control aims at minimizing the transmitted power, eliminating in this way the intercell interference. However, when misused, the use of power control may lead to a high level of wasted power and worse performance results. In order to have efficient power control in MBMS, one of the most critical aspects is the selection of the transport channel for the transmission of MBMS multicast traffic. MBMS services can be provided in each cell by either multiple point-to-point (PTP) channels or by a single point-to-multipoint (PTM) channel. A wrong channel selection may result to a significant capacity decrease, thus, preventing the mass delivery of multimedia applications. It is worth mentioning that channel selection is still an open issue in today’s MBMS infrastructure mainly due to its catalytic role in MBMS performance. In the frame of MBMS power control and transport channel selection several approaches have been proposed, with main representative the 3GPP MBMS Counting Mechanism. However, none of these approaches performs optimal transport channel selection either due to the fact that some of them do not consider the power consumption as the selection criterion or because of the fact that they do not consider all the available transport channels (or combination of them) for the transmission of the MBMS data. All the above stress the need for an advanced version of these mechanisms that could deliver multimedia content to a large number of mobile users in a more efficient and economic way. After taking into account the above analysis, objective of this dissertation is the study of power control issues in next generation mobile communication networks and the development of new approaches/ mechanisms for its optimization. To this direction, this dissertation analyzes and evaluates all the available UMTS and HSPA transport channels that could be used for the transmission of MBMS multicast services. Moreover, this dissertation investigates and evaluates several power saving techniques that aim at the efficient usage of radio and network resources. Techniques, such as Dynamic Power Setting, Macro Diversity Combining and Rate Splitting are capable of decreasing the power consumption during the provision of MBMS services and may enable the mass market delivery of multimedia services to mobile users. The evaluation of the available transport channels and power saving techniques will lead to the development of a novel scheme/mechanism that will enable the efficient selection of transport channels for the transmission of MBMS services. The proposed mechanism, which we call MBMS Channel Assignment Mechanism (or «MCAM»), is expected to optimally utilize the available power resources of base stations to MBMS sessions running in the network, resulting in that way to an extensive increase on the system’s capacity. Therefore, MCAM may allow the mass provision of multimedia data to a large number of mobile users, which makes MCAM a strong candidate for next generation networks.