İNŞaat mühendiSLİĞİ anabiLİm dali

YÜKSEL Mehmet Erkan
Danışman : Prof. Dr. Abdül Halim ZAİM

Anabilim Dalı : Bilgisayar Mühendisliği

Programı : -

Mezuniyet Yılı : 2014

Tez Savunma Jürisi : Prof. Dr. Abdül Halim ZAİM

Prof. Ahmet SERTBAŞ

Prof. Dr. Selim AKYOKUŞ

Prof. Dr. Rıfat YAZICI

Doç. Dr. Hacı Ali MANTAR

Enerji Verimli Kablosuz Algılayıcı Ağ Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi
Kablosuz algılayıcı ağlar (KAA), çok sayıda algılayıcı devrenin belirli bir coğrafi bölgeye rastgele dağıtılmasıyla ya da sabit bir şekilde konuşlandırılmasıyla oluşan tasarsız (ad-hoc) ağlardır. Algılayıcı devreler; çevresindeki fiziksel olayları algılayan, algıladığı verileri işleyen, çözümleyen, depolayan, kendi aralarında haberleşerek ve işbirliği yaparak çalışan, düşük güç tüketimli, küçük boyutlu, çok işlevli, kablosuz otonom cihazlardır. KAA’lar, bulundukları ortamla sürekli etkileşim halindedirler. Gerçek zamanlı bilgilere anında ve her yerden kolayca erişilmesine imkan sağlayan özelliktedirler. Konuşlandırıldıkları bölgede herhangi bir altyapıya ihtiyaç duymamaları, organize çalışabilmeleri, herhangi bir bakım, onarım veya düzenleme gerektirmemeleri ve çok çeşitli uygulama alanlarına sahip olmaları nedeniyle, KAA’ların kullanım alanları gün geçtikçe daha da yaygınlaşmaktadır.
Bir KAA’ın yapısı (topolojisi); algılayıcı devrelerin uygulama alanlarına, donanım ve yazılım özelliklerine, konuşlandırıldıkları bölgedeki konumlarına (hareketli/hareketsiz), iletişim mesafelerine, kablosuz bağlantı karakteristiklerine, güç yönetim aktivitelerine, işbirlikçi çalışma yapılarına (kümeleme, yönlendirme), veri aktarım yöntemlerine (tek ya da çok sekmeli iletim) ve çevresel şartlara bağlı olmak üzere dinamik olarak değişir. Dolayısıyla, böyle bir dinamik KAA ortamında, algılayıcı devrelerin enerji tüketimini minimize ederken ağın bağlantısını sürekli sağlamak büyük önem taşır.
Çalışmamız, KAA’ların yapısal özelliklerinde bulunan sınırlamaları ve uygulama alanlarında ortaya çıkan zorlukları, problemleri dikkate alarak; belirli bir bölgeye konuşlandırılmış KAA’da kullanılmak üzere ideal algılama, hatasız veri toplama, işleme ve çözümleme işlemlerini yapan, organize çalışan, yenilenebilir enerji kaynağı güneşten enerji sağlayan, kendi güç yönetim modlarını dinamik bir şekilde düzenleyerek enerjilerini mümkün olduğunca az harcayan, çevresel koşullara göre senkronizasyon yapan, küçük boyutlu, uzun ömürlü, düşük güçlü kablosuz algılayıcı düğümlerin gerçekleştirilmesini; bu algılayıcı düğümler ve mevcut koordinatörler (ağ geçidi, veri toplama merkezi) kullanılarak enerji verimli bir KAA’ın oluşturulmasını; KAA’daki koordinatörler için güç tasarrufu sağlayacak donanım sistemlerinin tasarlanmasını; gerçek zamanlı iletilmesi gereken bilgileri etkin servis kalitesi sunarak KAA içerisindeki veri toplama merkezlerine ve İnternetteki sunucu cihazlara aktaracak ara katman yazılımlarının geliştirilmesini amaçlamaktadır.
Çalışmamızda; hem veri işleyici hem de yönlendirici olarak görev yapabilen, üzerinde güneş paneli bulunan, işbirlikçi çalışmayı destekleyen, dinamik güç yönetim özelliğine sahip, enerji verimli, uzun menzilli, küçük boyutlu, kablosuz algılayıcı düğümler gerçekleştirdik. Algılayıcı düğümlerimizi ve literatür taraması sonucunda seçtiğimiz ağ geçitlerini/koordinatörleri (Raspberry Pi marka tek kartlı bilgisayarlar) kullanarak mesh (örgü) ve point-to-multipoint (noktadan-çoklu noktaya) topolojilerini içeren bir KAA oluşturduk. Ağ geçitlerine güneş panelleri entegre ederek ve bunlar için güç yönetim devreleri geliştirerek bu cihazların KAA’da enerji tasarruflu çalışmalarını sağladık. Daha sonra, tasarladığımız KAA için hava koşullarına dayalı, bulanık mantık tabanlı bir senkronizasyon protokolü ve algılayıcı düğümler tarafından toplanan verileri merkezi birimlere gerçek zamanlı aktaran ara katman yazılımları geliştirdik. Ayrıca, algılayıcı düğümlerde ve ağ geçitlerinde güç optimizasyonu, bu cihazlarda çalışan yazılımlarda kod optimizasyonu yaptık. Sonuç olarak; çalışmamızda gerçekleştirdiğimiz kablosuz algılayıcı düğümlerimiz, bu algılayıcı düğümlerimiz için geliştirdiğimiz güç bilinçli metodoloji, donanım yapılarını iyileştirdiğimiz güç tasarruflu ağ geçitleri, kullandığımız senkronizasyon protokolü sayesinde, tasarladığımız KAA’ın enerji verimli ve optimum çalışmasını sağladık.