Tez özetleri Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı

Design of a Method to Implement IPTV over Satellite

In this study, a new digital technology called The Internet Protocol Television (IPTV) is dwelled. By this technology, broadcast of digital interactive television, phone calls and internet services over internet protocols becomes possible.
Primarily, implementation of IPTV in today and future technologies  and issues about standardization is discussed.
Then technologies that are used to implement multimedia applications over internet with their challenges and criterias for quality of service (QoS) are mentioned. 
Finally, techniques to provide the quality of service and a new scheduling algorithm for prioritized services over IPTV are given with the simulation results. The results are discussed as epilogue.

BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

  

GÜRKAŞ AYDIN Gülsüm Zeynep

Danışman : Prof.Dr.A.Halim ZAİM, Doç.Dr.Hakima CHAOUCHI

Anabilim Dalı : Bilgisayar Mühendisliği

Programı (Varsa) : Bilgisayar Mühendisliği

Mezuniyet Yılı : 2011

Tez Savunma Jürisi : Prof.Dr.A.Halim ZAİM (İstanbul Üniversitesi - Danışman)

Prof.Dr.İlhami YAVUZ (Maltepe Üniversitesi)

Prof.Dr. Hakan Ali ÇIRPAN (İstanbul Teknik Üniversitesi)

Prof.Dr.Ahmet SERTBAŞ (İstanbul Üniversitesi)

Prof.Dr.Selim AKYOKUŞ (Doğuş Üniversitesi)

Gelecek Nesil Kablosuz Ağlar İçin Yeni Bir Mobilite Yönetim Sisteminin Geliştirilmesi

Kablosuz ortamlarda IP ağlarının hızla gelişmesi ile mobil düğümlerin yönetimi daha fazla önem kazanmaktadır. Ağ ortamlarında heterojenlik arttıkça, farklı tiplerdeki kablosuz ağların IP katmanında entegrasyonu gerçekleşmektedir. Bu yüzden, ağ katmanı ve daha üst katmanların mobil düğümlerin hareketinden zarar görmemesi beklenmektedir. IP protokollerine dayanan mobilite yönetimi mekanizmaları halen büyük ölçekli servislerin işleyişinde yeterli miktarda etkili olamamaktadır.

Mobilite yönetiminin performansı ile ilgili en önemli noktalardan biri uygulama katmanının mobil düğümün hareket etmesi ve buna bağlı olarak IP adresinin değişiyor olmasıdır. Uygulama katmanında kurulan ve sürdürülen oturumlar mevcut IP adresi ve port numarası ikilisine dayanmaktadır. Bu durumu ile ilgili iyileştirme fikirlerindeki yeni bir akım ise oturum tanımlama ve kimlik tanımlama kavramlarının ayrılması üzerinedir. Bu iki kavrama göre günümüze kadar IP adreslerinin konum ve kimlik tanımlama olmak üzere iki rolü bulunmaktadır. Bu iki rolün ayrılması ile oturumlar IP adresi yerine, bir düğümü benzersiz şekilde tanımlayan yeni bir kimlik belirleyiciye göre tanımlanmaktadır. Böylece, IP adresi değişikliği ile uygulama oturumlarının zarar görmesi önlenmektedir. Bu yeni yaklaşım, TCP/IP protokol kümesine, IP katmanının üstüne, mevcut IP adresleri ve yeni kimlik tanımlayıcıların eşleştirmelerini saklamak üzere yeni bir katman tanımlamaktadır.
Bu kavramlara uygun olarak IETF ve IRTF kurumları tarafından ortaya çıkarılan Konuk Kimliği Protokolü (Host Identity Protocol-HIP) ortaya çıkmıştır. Bu protokol konum/kimlik tanımlayıcı ayrımını aynı zamanda güvenlik desteğini de bünyesinde barındırarak çözmeyi önermektedir. Bu tez çalışmasında HIP protokolü incelenmiş ve önerilen yeni yöntemler bu protokole dayanarak tasarlanmıştır.
Bu tez çalışmasının ilk bölümünde HIP protokolü ile kullanılmak üzere hiyerarşik ağ yapısı ve özelikle mikro mobilite konusunda HIP’in mevcut eksikliklerine çözüm getirmek adına yeni bir yer değiştirme yönetimi mekanizması tasarlanmıştır. Bu yeni yöntem, mobil bir düğümün hareketi esnasından yapması gereken konum güncellemesini erken zamanda başlatarak, yer değiştirme zamanını ve gecikmesini iyileştirmeyi amaçlamaktadır. Önerilen yeni yöntemin HIP’in klasik uçtan uca mobilite yönetimine göre getirdiği avantajlar incelenmiştir.
Çalışmanın ikinci bölümünde önerilen eHIP yöntemi için bir önceden tahmin eklentisi tasarlanmıştır. Buradaki amaç, mobil düğümün erken güncelleme prosedürünün, hareketi esnasında izlediği yolu inceleyerek, eHIP’den farklı olarak daha erken tetiklenmesidir. Bu yöntemin normal eHIP mekanizmasına entegre edilmesi ve başarılı kararları incelemek suretiyle başarımı, mobil düğümün hızını göz önüne alarak ve almayarak incelenmiştir.
Tez çalışmasının üçüncü bölümünde ise eHIP’de önerilen ağ mimarinse uygun olarak, ağ yapısının bir örgü (mesh) ağ olarak düşünüldüğü bir sistem modellemesine yer verilmiş ve bu model doğrultusunda QoS (servis kalitesi-quality of service) faktörlerini göz önünde bulunduan bir mobilite algoritması önerilmiştir. Önerilen algoritma benzer hiyerarşik yol bulma algoritmaları ile karşılaştırılarak incelenmiştir.
Çalışmanın dördüncü bölümünde ise HIP protokolü, gerçek bir örnek ağ ortamında, mevcut infraHIP implementasyonu kullanılarak test edilmiştir. Çeşitli parametreler iki farklı ağ senaryosu üzerinden incelenmiş ve HIP’in gerçek ağ ortamındaki ağ davranışlarına dair sonuçlar elde edilmiştir.
Tez çalışmasının son bölümünde ise çalışmayla ilgili sonuç değerlendirmelerine yer verilmiştir.

 

Desıgn Of A New Mobılıty Management System For Next Generatıon Wıreless Networks

With the rapid growth of IP networks in wireless environments, management of mobile nodes has become a more important issue. As the heterogeneity increases in network environments, the integration of different types of wireless networks occurs in the IP layer. Therefore, it is expected the network layer and above layers to be aware of movement of mobile nodes. Mobility management based on IP protocols is not yet efficient enough to be used for large-scale service deployment.
One of the most important issues related to the performance of mobility management is related to the fact that the application layer suffers from the changing of IP addresses during the movement of the mobile node. In fact, the application layer established and ongoing sessions relies on the current IP address and the port number. New wave in the improvement ideas on this concept is separating the session identification and the location identification. More precisely, up to now the IP address was playing these two roles: the location, and the identification. So, by separating these two concepts, the sessions are not identified according to IP addresses but the new unique identifiers that define a node. This avoids the applications to suffer when the IP address changes during the mobility.. This new approach needs to introduce a new layer in the TCP/IP protocol stack, on top of the IP layer that will handle the new identifiers correspondent with the current IP address.
According to these concepts, Host Identity Protocol (HIP) is proposed by IETF and IRTF. This protocol proposes to solve the locator/identifier split problem by also including the security support. In this thesis study, HIP protocol is examined and new methods based on this protocol have been designed and proposed.
In the first part the study, a hierarchical network structure for HIP protocol and a new handover management mechanism have been designed in order to propose a solution for especially HIP’s existing imperfections about mobility management. This new method aims to start the location updates of a mobile node earlier during mobility and so to enhance the handover time and latency. The advantages of this new method have been observed in accordance with HIP’s end-to end mobility management.
In this study’s second part, a prediction extension has been designed for eHIP method. This extension, aims to trigger the early update of a mobile node by investigating the path during its mobility earlier than eHIP. The success of this method has been examined with integration of this extension to eHIP method and successful decisions made both with and without taking into account the mobile node’s speed.
In the third part of this thesis, a system model and a related mobility algorithm considering QoS factor has been investigated where the network structure is taken into consideration as a mesh network and suitable for network architecture proposed for eHIP. The proposed algorithm has been compared with similar hierarchical path selection algorithms.
In the fourth part of the study, HIP protocol has been tested on a real network testbed and using infraHIP implementation. Various parameters on two different scenarios have been observed and results have been obtained about HIP’s behaviors on real network environments.

ARSLAN Emel
Danışman	:	Prof.Dr. Sabri ARIK
Anabilim Dalı	:	Bilgisayar Mühendisliği
Programı	:	Bilgisayar Mühendisliği
Mezuniyet Yılı	:	2011
Tez Savunma Jürisi	:	Prof.Dr. Sabri ARIK
		Prof.Dr. Vedat TAVŞANOĞLU
		Prof.Dr. A.Halim ZAİM
		Prof. Dr. Ahmet SERTBAŞ
		Doç.Dr. Müştak Erhan YALÇIN

		Hücresel Sinir Ağı Sistemleri Kullanarak Hareketli Nesnelerin Görüntü İşleme Uygulamaları

Uygulama alanı gün geçtikçe artan görüntü işleme, sayısal görüntülerin giriş olarak alınıp amaca yönelik işlemlerden geçirilerek özelliklerinin belirlenmesi ve belirlenen bu özellikler kullanılarak görüntünün değiştirilmesi çalışmalarını ifade etmek için kullanılan genel bir tanımdır. Burada sözü edilen sayısal görüntüler yapay olabileceği gibi gerçek görüntülerin kaydedilip elektronik ortamda sayısal görüntü haline dönüştürülmesiyle de elde edilmiş olabilirler. Görüntünün sayısal hale dönüşmüş olması bilgisayar ortamında işlenebilmesi açısından önemlidir. Bir görüntünün sayısal görüntü haline dönüştürülmesi demek bir matris ile temsil edilmesi anlamına gelmektedir.

Savunma, güvenlik, sağlık ve imalat sanayii gibi çeşitli alanlarda ihtiyaç duyulan görüntü işleme uygulamalarının işlem yükü oldukça fazladır. Gerçek zamanlı görüntü işleme yapılabilmesi için ise çok hızlı sistemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Son yıllarda tasarlanan paralel işlem yapabilen analog işlemciler klasik sayısal işlemcilere göre hız konusunda oldukça önemli avantajlara sahiptir. Hücresel Sinir Ağı Çok Fonksiyonlu Makine mimarisinin temelini de bu analog işlemciler oluşturmaktadır.

Bu tez kapsamında bir Hücresel Sinir Ağı Çok Fonksiyonlu Makine olan Bi-i Hücresel görü sistemi incelenerek bu sistem üzerinde hareketli görüntü işleme uygulamaları geliştirilmiştir. Bi-i Hücresel görü sistemi, Analog Hücresel Sinir Ağları (HSA) tabanlı ve ACE16k olarak isimlendirilen bir işlemci ve DSP olarak isimlendirilen Sayısal İşaret İşlemcisi olmak üzere iki işlemci içermektedir. Bu sistem gerçek zamanlı görüntü işleme uygulamaları gerçekleştirmek için tasarlanan hızlı, kompakt ve bağımsız görüntü işleme sistemidir.
Bu tez çalışmasında Bi-i Hücresel Görü sistemi üzerinde hareketli görüntü işleme konusunda çeşitli uygulamalar geliştirilmiştir. Bu uygulamaların ilki Prewitt ve Canny kenar belirleme yöntemlerinin Bi-i Hücresel Görü Sistemi ile Matlab motoru kullanılarak gerçeklenmesi ve iki yöntemin sonuçlarının karşılaştırılması çalışmasıdır. Çalışma sonunda elde edilen sonuçlar Canny yönteminin görsel açıdan çok daha başarılı olduğunu ve Bi-i Hücresel Görü Sisteminin Matlab motoru ile oldukça uyumlu çalıştığını göstermektedir. İkinci uygulamamızda ise Bi-i Hücresel Görü Sistemi üzerinde Edge, Edge8 ve Sobel kenar belirleme teknikleri uygulanmış ve sonuçları değerlendirilmiştir.

Üçüncü uygulama olarak yine Bi-i Görü Sistemi üzerinde hareketli bir görüntüdeki nesnelerin tespiti ve bu nesnelerin özelliklerinin belirlenmesi uygulaması gerçekleştirilmiştir. Bu uygulamadan yola çıkılarak geliştirilen bir başka uygulama ise tespit edilen nesnenin sınırları içine taşan diğer nesne kalıntılarının temizlenmesi uygulamasıdır. Bu uygulamanın morfolojik işlemler adımı hem ACE16k hem de DSP işlemci üzerinde ayrı ayrı uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında ACE16k işlemcisinin hız bakımından avantaj sağladığı gözlenmiştir.

Bir diğer uygulama da bir hareketli görüntü içinde belirlenen bir nesnenin hareketli görüntüden çıkarılması uygulamasıdır. Bu uygulamada da yine ACE16k ve DSP işlemciler kullanılmış ve ACE16k ‘in hız bakımından sağladığı avantaj ortaya konulmuştur.

Son olarak hareketli görüntü içindeki hareketli nesnelerin izledikleri yolu çizen bir uygulama geliştirilmiştir. Söz konusu uygulama da etkileşimli olarak çalışan ACE16k ve DSP işlemcileri üzerinde çalışmaktadır. Bu uygulama Bi-i görü sisteminin hedef takip uygulamaları için de etkin şekilde kullanılabileceğini göstermektedir.

Bu uygulamalar için geliştirilen algoritmalar analog sistemler üzerinde gerçekleştirilerek elde edilen deneysel sonuçlar bu sistemlerin hareketli görüntü işleme uygulamaları geliştirmede çok uygun birer platform olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte elde edilen deneysel sonuçlar, geliştirilen nesnenin kalıntılardan temizlenmesi, bir nesnenin hareketli bir görüntüden silinmesi algoritmalarının etkinliğini de ispatlamıştır.

		Image Processıng Applıcatıons Of Movıng Objects Usıng Cellular Neural Network Systems

Image processing whose application fields are becoming larger day by day is a general definition that is used for expressing the studies about getting digital images as inputs, determining their features by processing them in some appropriate operations and changing the images using these features. These digital images can be artificial as well as they can be actual images converted into digital images in electronic environments. It is important to have these images in digital format to process them by using computers. Converting an image into digital format means that this digital image can be represented as matrix.

Image processing practices are needed in various fields such as defense, security, health and manufacturing industries however in these fields processing load is rather high. Real-time image processing systems require powerful and fast processors. Analog processors capable of parallel processing designed in recent years have major advantage compared to classic digital processors in terms of processing speed. These analog processors form the basis of Cellular Neural Network Universal Machine’s architecture.

The scope of this thesis, Bi-i Cellular Vision System, which is a CNN-UM, is examined and on this system moving image processing applications was developed. Bi-i Cellular Vision System is based on Cellular Neural Networks (CNN) and it contains two processors named ACE16K processor and Digital Signal Processor (DSP). This system is designed to develop real-time image processing applications and it is fast, compact and independent.

This thesis work on moving image processing on Bi-i Cellular Vision System and for that various applications have been developed. The first of these practices, using Prewitt and Canny edge detection methods on Bi-i Cellular Vision System and Matlab engine and comparing these results. Results obtained after these tests shows that Canny method is visually more successful and Bi-i Cellular Vision System is quite compatible with Matlab engine. In our second practice Edge, Edge8 and Sobel edge detection methods were used on Bi-i Cellular Vision System and results evaluated.

In the third practice again on Bi-i Cellular Vision System, application was developed for detection of the objects in a moving image and characterization of these objects. Another application developed based on this one is to find and clean the residues of an object which is extending into the border of our target object. Morphological operations step of this application separately applied on both ACE16k and the DSP. When the obtained results were compared, we have observed ACE16k provides advantages in terms of processor speed.

One other application is extraction of a defined object from a moving image. ACE16K and DSP processors are also used in this application and it is proven that ACE16K provides an advantage in terms of speed.

Finally, follow the path of moving objects in the moving image that draws an application has been developed. The interactive application also works on a working ACE16k and DSP processors. This application is Bi-i vision system for target tracking applications can be used effectively.

Algorithms developed for these applications shows us based on the experimental results that analog systems are suitable platform to develop moving image processing applications. At the same time, experimental results proven effectiveness of the algorithm to delete the residue of enhanced object and removing object from a moving image.

KIRCI Pınar

Danışman : Prof.Dr. A.Halim ZAİM

Anabilim Dalı : Bilgisayar Mühendisliği

Programı : Bilgisayar Mühendisliği

Mezuniyet Yılı : 2011

Tez Savunma Jürisi : Prof.Dr.A.Halim ZAİM

Prof.Dr.İlhami YAVUZ

Prof.Dr. Hakan Ali ÇIRPAN

Prof.Dr.Ahmet SERTBAŞ

Prof.Dr.Gökhan UZGÖREN

Optik Çoğuşma Anahtarlamalı Ağlarda Çoğa Gönderim Yapısının Oluşturulması

Son yıllarda internet kullanımının katlanarak artması, kullanıcılara sunulan internet uygulamalarındaki çeşitlilik ve bunların hızlı gelişimi, çok büyük oranlarda bantgenişliği talebini ortaya çıkarmıştır. Özellikle bire-çok bağıntı yada çoktan-çok bağıntı iletişimi yapısında olan çoğa gönderim uygulamalarını temel alan yüksek bantgenişliği gerektiren uygulamalardan video konferans, uzaktan interaktif eğitim gibi örnekler optik ağlarda WDM teknolojisi sayesinde kullanıcılara kolaylıkla ulaştırılmaktadır. WDM optik ağında bir çoğa gönderim bağlantısı, yönlendirme ve dalgaboyu ataması ile kurulabilir. Yönlendirme ile kaynaktan başlayıp bütün varış noktalarına giden bir çoğa gönderim ağacı oluşturulur, dalgaboyu ataması ile de oluşturulan bu yönlendirme ağacındaki düğümlere dalgaboyları tayin edilir. Bir OBS ağında çoğa gönderim, her varış noktasına ilgili çoğuşmanın birer kopyası gönderilerek yani teke gönderim çoğuşmaları şeklinde iletilerek yada her çoğa gönderim oturumunun kendine özel bir çoğa gönderim ağacının olduğu veya birçok çoğa gönderim oturumunun paylaştığı birkaç çoğa gönderim ağacı ile iletilerek sağlanır. Bu iki yöntemden birçok teke gönderim ile sağlanan çoğagönderim, diğer yöntem ile karşılaştırıldığında basit bir yapıdadır, her düğümde optik üleştirici (splitter) gerektirmez ancak bantgenişliği kullanımı açısından kötü sonuçlar verir (Wan ve Liang,2005-Jue ve Vokkarane,2005).

Bu çalışmada OBS ağlarda çoğa gönderimi sağlayabilmek için PPM (Precalculated Path Multicast-Önceden Hesaplanan Yol Çoğa Gönderim) isimli yeni bir protokol sunulmuştur. Yaprak başlatımlı eklenmeyi temel alan bu protokol yapısını oluşturabilmek için OBS ağlar, IP çoğa gönderim mantığı, çoğa gönderim yönlendirme protokolleri, çoğa gönderim ağaç oluşturma algoritmaları ve özellikle optik ağlarda çoğa gönderim ayrıntılı bir şekilde ilk bölümde incelenmiştir.

Protokol yapısı ve işleyişi durum diyagramları kullanılarak açıklanmıştır. Oturum boyunca kullanılan eklenme/ayrılma, duraklama/devam gibi en temel mesajların yanında oturum boyunca olayları tetikleyecek, diyagramdaki durumları değiştirecek en uygun mesaj yapıları tasarlanmış ve ortaya çıkabilecek başlıca durumlar için mesaj sıralama çizelgeleri tasarlanmıştır.

Protokol yapısı, mevcut OBS rezervasyon yöntemlerinden JET (Just Enough Time)ve JIT (Just In Time) ile incelenmiştir. Servis kalitesi, çoğuşma düşme, eklenme istek düşme ve uçtan uca gecikme süreleri açısından ele alınmıştır. Simulasyonda Poisson, özbenzer (Selfsimilar) ve random dağılımlı trafik üreteçleri kullanılmış ve farklı dalgaboylarında verdikleri sonuçlar elde edilmiştir.

Son bölümde Microsoft Visual C++ 6.0 programı ile hazırlanmış simulasyonun sonuçları sunulmuş ve değerlendirilmiştir. Ayrıca gelecekte bu konu ile ilgili yapılabilecek çalışmalar ile ilgili öneriler verilmiştir.

 

 

 

Design Of A Multicast Architecture For Optical Burst Switching Networks

The great increase of internet utilization, the variety and quick developments of internet applications that are proposed to the users, reveals the demand of great amaunts of bandwidth requirment. Especially,one to many or many to many transmission typed, multicast based and high bandwidth needed applications like video conference and distance interactive education are transmitted to the users easily by the WDM technology in OBS networks. A multicasting connection in a WDM optical network is constructed by routing and wavelength assignment. A multicasting tree that is rooted at the source and traversed all of the destinations is constituted by routing and the wavelengths of the nodes on the constituted multicast tree are dedicated by wavelength assignment. Multicasting in an OBS network may be accomplished by sending a copy of related burst to every destination, delivering as multiple unicast bursts or by transmitting over a private multicasting tree belonging to a multicasting session or over multiple multicasting trees shared by many multicast sessions. Multicasting with mutiple unicasting is a simple method, does not need optical splitters at every node of the network but has bad bandwidth utilization when compared to the other method. Accordingly, in multicasting applications multicasting with tree method is prefered and studied (Wan ve Liang,2005-Jue ve Vokkarane,2005).

In this study, to provide multicasting in OBS networks a new protocol which is named as Precalculated Path Multicast-PPM is presented. OBS network, IP multicasting, multicast routing protocols, multicast tree construction algorithms and especially multicasting in optical network is deeply examined in the first part to be able to compose our leaf initiated join based protocol.

Protocol architecture and mechanism is explained by state diagrams. Beside the basic join/leave and pause/continue messages which are used during the session, most suitable message types which may trigger the actions, change the states in the diagram are designed and message sequence charts are also designed for probable main states.

Protocol structure is examined with current OBS reservation schedulers, JET and JIT. QoS is handled according to the burst drop, join-request drop and end to end delay parameters.In the simulation, poisson, self similar and random traffic generators are used and the results on different wavelengths are obtained.

In the last part of the study, the simulation results that are prepared by Windows C++ 6.0 are presented and evaluated. Furthermore, the studies that may be worked in the future are suggested.