Kablosuz ağlar
Bu konu başlığı altında 127 tez
Kablosuz algılayıcı ağlarında sıcak nokta probleminin çözümü için yöntemler
Kablosuz Algılayıcı Ağlar, yapısal olarak kablosuz bir ortam aracılığı ile birbirine bağlanmış çok sayıda algılayıcı düğümden oluşur. Bu düğümler kendi ağlarını organize edebilme yeteneğine sahiptirler. Bu sebeple düğümler arasında daha önceden programlanmış bir ağ topolojisine gerek yoktur. Bu ağlarda, pil performansı yaşam ömrünü belirlediği için pil performansına bağlı olarak bazı kısıtlamalar ortaya çıkmaktadır. Bu sebeple algılayıcı düğümler, zamanlarının büyük bir kısmını düşük güç tüketimi ilkesine bağlı olarak ?uyku? durumunda geçirirler. Diğer zamanlarda ise gelen düğüm verilerini işlerler.Algılayıcı düğümler kendi komşu düğümlerini bilirler. Böylelikle, düğümler güç ve görev dağılımını dengeleyerek bir performans artışı gösterebilirler. Belirli bir bölgedeki çok sayıda algılayıcı düğüm için tamamının aynı anda algılama görevini yerine getirmesine gerek yoktur. Kaynakların düğümler arasında uygun paylaşımı ve düğümler arası etkin yönlendirme yapılması bu ağlarda önemlidir.Temel olarak eniyileme durumu için kısıtlamalar eşitlik veya eşitsizliklerden oluşur. Bu durum oluşturulurken sürekli değişkenler kullanılır ve bu değişkenler tek bir doğrusal amaç işlevine sahip değişkenlerdir. Bu durum doğrusal program olarak adlandırılır. Doğrusal programlamada temel amaç, birçok uygun seçenek arasından belirlenmiş hedef için en uygun çözümün seçilebilmesidir.
Kablosuz algılayıcı ağlarında yaşam süresi eniyilemesi için veri işleme ve iletişim yöntemleri
Elektronikteki gelişmeler sayesinde üretilen ucuz kablosuz sensörler kablosuz sensör ağların kullanıldığı uygulamaların artmasına neden olmuştur. Sensörlerin altyapısız, erişimden uzak ve farklı koşullar altında çalışması beklenmektedir, bu yüzden sensörlerin enerji kısıtlamaları kablosuz sensör ağların planlama ve kullanımında önemli bir yer tutmaktadır. Sensörlerin en iyi şekilde enerjisini kullanması ve ağ ömrünün optimize edilmesi için çeşitli protokoller ve yönlendirme algoritmaları geliştirilmiştir. Ağ içindeki trafiğin dengeli bir şekilde yönlendirilmesi sensörlerin enerjilerini uzun süre kullanabilmesi için önemli bir etkendir. Bu problem bir optimizasyon problemi olup optimizasyon problemlerinin çözümünde doğrusal programlama kullanımı yaygındır. Bu tez çalışmasında da kablosuz sensör ağının yaşam süresini optimize etmek için doğrusal programlama modelleri kurulmuş, ayrıca veri işleme teknikleri ile doğrusal programlama beraber kullanılmıştır. Yapılan testler sonucunda kullanılan modelin sadece akış optimizasyonu yapılan sistemlerden daha uzun bir ağ ömrü sağladığı görülmüştür.
Algılayıcı ağlarda gözlemlenememe olgusunun doğrusal programlama ile incelenmesi
Geniş uygulama alanlarına sahip olan algılayıcı ağlar, çok işlevsel ve kullanışlı olmalarına rağmen gözlemlenememe (İng. unobservability) açısından yeterli bir yapıya sahip olmadıkları görülmektedir. Bu yapılarından dolayı gözlemlenememe çok hassas bir konu olarak karşımıza çıkmaktadır. Algılayıcıların enerjilerini iyi bir şekilde kullanmaları yaşamsal öneme sahiptir. Bu tez çalışması kapsamında bir algılayıcı ağın yaşam süresinin verilen gözlemlenememe kısıtları altında doğrusal programlama ile eniyilenmesi incelenmiştir.
Kablosuz algılayıcı ağlarında veri benzerliğinin yaşam süresine etkilerinin doğrusal programlama ile incelenmesi
Elektronikteki gelişmeler, ucuz kablosuz algılayıcıların üretilmesine izin verirken bu da kablosuz algılayıcı ağların kullanıldığı uygulamaların artmasını beraberinde getirmiştir. Algılayıcıların yaygın kullanılmasına etken olan en önemli özellikleri altyapısız, erişimden uzak ve farklı koşullar altında çalışabilmeleridir. Ancak bu özellikler sebebiyle algılayıcıların enerji kısıtlamaları kablosuz algılayıcı ağların planlama ve kullanımında önemli bir yer tutmaktadır. Algılayıcıların enerjisini en iyi şekilde kullanmak ve ağ ömrünü eniyileyebilmek için çeşitli protokoller ve yönlendirme algoritmaları geliştirilmiştir. Algılayıcıların enerjilerini uzun süre kullanabilmeleri için ağ içindeki trafiği dengeli bir şekilde yönlendirmek önemlidir. Kablosuz algılayıcı ağlarda yaşam süresini uzatma problemi bir eniyileme problemi olup eniyileme problemlerinin çözümünde doğrusal programlama kullanımı yaygındır. Bu tez çalışmasında da kablosuz algılayıcı ağının yaşam süresini eniyilemek için doğrusal programlama modelleri kurulmuş, ayrıca algılayıcıların topladıkları veriler arasında olabilecek korelasyon durumu da doğrusal programlama içerisine katılmıştır. Yapılan testler sonucunda kullanılan modelin sadece akış eniyilemesi yapılan sistemlerden daha uzun bir ağ ömrü sağladığı görülmüştür.
Çok kanallı genişbant kablosuz sistemlerde kaynak tahsisi
Dik frekans bölmeli çoklama (DFBÇ) geniş bant sistemlerde semboller arası girişimi engellemek için kullanılmaktadır. Bu sistemle kanal alt kanallara bölünür. Her alt-kanal farklı kullanıcıya tahsis edilebilir. Çizelgeleyici her kullanıcı alt kanal ikilisinin kanal kazancı hakkında bilgi sahibi ise, bu bilgi kullanılarak akılcı algoritmalarla bant verimliliği artırılabilir ve sistem başarım hedefine ulaşılabilir. DFBÇ yönteminin bir dezavantajı yüksek tepe ortalama güç oranına (T/OGO) sahip olmasıdır. Bu yüzden yukarı gönderim, enerjisi kısıtlı hareketli terminalden baz istasyonuna doğru iletim için aynı performansı sağlayan tek ta¸sıyıcılı frekans bölmeli çoklama (TT-FBÇ) tercih edilebilir. TT-FBÇ kendine has kanal tahsis kısıtları nedeniyle kanal tahsis problemini ilginç kılar. Çalışmamızın ilk bölümünde TT-FBÇ tabanlı bir sistemde alt-kanal ve güç tahsisi problemi üzerinde çalışılmış ve algoritmalar önerilmiştir. Çoğa gönderim sistemlerinde bir baz istasyonu ve çeşitli kullanıcı grupları vardır. Bir gruptaki tüm kullanıcılara aynı bilgi iletilir. Burada çoğa gönderim veri hızı genelde en kötü kullanıcıya bağlı kabul edilir. Oysa ki, Reed-Solomon türü kodlamalar ile, kullanıcılar bütün kanallardaki sinyalleri çözmek yerine belirli bir sayıda kanalı çözerek gerekli bilgiye ula¸sır. Bu durumda Reed-Solomon kodlamasının sağladığı avantaj ile DFBÇ'nin kanala bağlı çizelgeleme avantajı sayesinde çoklu yayın veri hızı artırılabilir. Çalışmanın ikinci bölümünde ise çoğa gönderim gruplarından oluşan bir sistem için alt-kanal ve bit tahsis algoritması önerilmiştir.
Çok rotorlu insansız hava aracı tasarımı ve kablosuz algılayıcı ağlarda kaynak ataması eniyilemesi
Bu tez, Doç. Dr. Coşku Kasnakoğlu ve Doç. Dr Bülent Tavlı ile yapılan iki farklı ana daldaki çalışmaları içermektedir. Tezin ilk kısmında, günümüzde yaygın olarak geliştirilmeye çalışılan insansız hava araçlarından dört pervaneli hava aracının özgün tasarımının yapılış ve uygulanış aşamaları ele alınmıştır. Sistemin donanımı sıfırdan var edilmiştir. Geliştirici tabanlı bir yazılım geliştirilecek, eksenler üzerinde deneysel ve sayısal yöntemlerle kontrolü yapılmıştır. Sonrasında sistem verilerinin kullanılması ile daha iyi bir kontrolcü tasarlanması sağlanmıştır. Son olarak ise tasarlanan cihaz, hazır bir otopilot sistemi ile denenmiş ve daha iyi bir kontrolcü tasarımı için üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Tezin ikinci kısmında ise Kablosuz Algılayıcı Ağ?lardaki (KAA) geri dönüş yol uzunluğunun tek yönlü bağlantılar üzerindeki yaşam süresi etkisi özgün bir Karmaşık Tamsayılı Programlama (KTP) ile incelenmiştir. Kablosuz ağ çalışmalarında, bağlantıların önemli bir kısmının fiziksel sebeplerden dolayı (örneğin, alıcı-verici karakteristiği) tek yönlü bağlantı olduğu gösterilmiştir. Tek yönlü bağlantıların ağ üzerinde kullanılabilinmesi için tokalaşmanın tamamlanması, yani çok atlamalı geri dönüş yolunun kurulması gerekmektedir. Oluşturulan özgün KTP modelinin üzerinde sayısal olarak çalışılmasıyla, KAA?nın parametre uzayı incelenmiştir. Sonuçlar geri dönüş yol uzunluğunun, ağ yaşam süresini önemli derece etkilediğini göstermiştir. Ayrıca, geri dönüş yollarında birden fazla röle düğümünün kullanılması, ağ yaşam süresini önemli ölçüde arttırmadığı gözlemlenmiştir.
Kablosuz algılayıcı ağlarda atlama sayısını kısıtlamanın yaşam süresi üzerine etkileri
Kablosuz Algılayıcı Ağlar (KAA), bulundukları ortamdaki çeşitli olayların ölçümlerini yapan ve verilerinin bir merkezde toplandığı ağlardır. KAA?lar su kaynakları ve ormanların korunmasında, askeri uygulamalarda, sağlık sektöründe, doğa olaylarının tahmininde, canlıların doğal ortamlarında izlenmesinde kullanılabilir. KAA ölçüm yapabilen algılayıcı düğümlerden ve verilerin toplandığı baz istasyonlarından oluşur. Algılayıcı düğümler enerjilerini dahili bataryalarından sağlarlar. Düğümlerin bulundukları ortamların koşullarından dolayı bataryalarını değiştirmek çoğu zaman mümkün olmaz. Bu nedenle düğümlerin yaşam süreleri bataryalarında bulunan enerjileri bitinceye kadardır. Tüm ağın yaşam süresini en uzun yapabilmek için düğümler enerjilerini en verimli biçimde kullanmalıdır. Düğümler baz istasyonuna ürettikleri verileri doğrudan (tek atlamalı) veya diğer düğümleri röle olarak kullanarak çok atlamalı şekilde ulaştırabilirler. Enerjilerinin büyük kısmını kablosuz olarak veri göndermek için kullanan düğümler, enerjilerini daha verimli kullanmak için en yakındaki düğüme veri göndererek baz istasyonu ile iletişim sağlamaya çalışacaktır. Bu durumda ağda yapılan toplam atlama sayısı artacaktır. Ağın yaşam süresi en uzun olurken toplam atlama sayısı da çok fazla olacaktır. Toplam atlama sayısının artışı bir kablosuz algılayıcı ağ için önemli olan gecikme, gürbüzlük, karmaşıklık, girişim, güvenlik, servis kalitesi gibi değişkenleri olumsuz etkileyecektir. Bu çalışmada yaşam süresini en uzun yaparken atlama sayısını belirli değerlerin altında tutmak hedeflenmiştir. İlk kısımda toplam atlama sayısı en düşük olduğu değerinden kademeli olarak artacak bir şekilde kısıtlanırken yaşam süresi en uzun yapılmaya çalışılmıştır. İkinci kısımda ise en uzun yaşam süresinin belirli değerlerine ulaşmak için gereken en düşük atlama sayıları analiz edilmiştir. Çalışmada tüm ağ bir en iyileme problemi olarak modellenmiş ve Karışık Tamsayılı Programlama (KTP) ile çözümlenmiştir. Sonuçlarda, en uzun yaşam süresi ve en küçük atlama sayısı arasında optimum bir nokta önerilmiştir.
Kablosuz algılayıcı ağlarda ağ yaşam süresinin matematiksel programlama ile incelenmesi
Üstlendikleri misyon ve tipik uygulamalarda görülen genel karakteristikleri itibariyle kablosuz algılayıcı düğümler, genelde kısıtlı kaynaklara (kullanılacak enerji ve bant genişliği miktarı, haberleşme mesafesi, hesaplama gücü ve bellek miktarı gibi) sahiptir. Yarı iletken, ağ ve malzeme bilimi teknolojilerindeki son gelişmeler sayesinde donanım ve maliyet ile ilgili kısıtların asılması, başlangıçtaki enerji miktarını kablosuz algılayıcı ağlarda en kritik kaynak haline getirmiştir. Dolayısıyla kablosuz algılayıcı ağlar konusunda günümüze kadar yapılan çalışmalar, enerji sarfiyatını düşürerek, başka bir deyişle enerji verimli çözümler üreterek ağ yaşam süresini arttırmak konusunda yoğunlaşmıştır. Bu çalışmada kablosuz algılayıcı ağlarda girişim ve bant genişliğinin ağ yaşam süresine etkileri incelenmiş, bant genişliği ihtiyacını belirleyen parametreler tespit edilerek belli parametreler altında optimum çözüm için gerekli minimum bant genişliği miktarı belirlenmiştir. Ayrıca, kablosuz algılayıcı ağlarda ayrık iletim gücü kontrolü yapıldığı durumda ağ yaşam süresi karakteristiği incelenmiş, farklı güç atama stratejileri kullanıldığında ağ yaşam süresinde meydana gelen etkiler mercek altına alınmıştır. Kullanılan güç atama stratejileri ağ yaşam süresi ve bant genişliği ihtiyaçları açısından birbiriyle karşılaştırılmıştır. Bu aşamada pozisyonlama hatalarının ve olasılıksal radyo yayılımının sonuçlara etkileri ayrıca ele alınmıştır. Önceki çalışmalarda yer alan algoritma tabanlı analiz veya deneysel ölçümlerden farklı olarak bu çalışmada çeşitli matematiksel programlama yöntemleri kullanılarak tasarlanan modeller sayesinde, geniş bir yelpazede büyük bir parametre kümesi ile detaylı incelemeler yapılmıştır. Alınan sonuçlar, bant genişliğinin ağ yaşam süresi üzerinde belli bir aralıkta etkili olduğunu, girişimin ihtiyaç duyulan bant genişliği miktarını arttırdığını, bant genişliği gereksiniminin bir çok ağ ve sistem parametresine bağlı olduğunu göstermiştir. Diğer taraftan ayrık iletim gücü kontrolünün sürekli duruma kıyasla ağ yaşam süresinde azalmaya neden olduğu, iletim gücünün daha hassas ayarlanabildiği modellerde daha iyi ağ yaşam süresi elde edilirken, aynı zamanda daha fazla bant genişliğine ihtiyaç duyulduğu görülmüştür. Pozisyonlama hatalarını tolere etmek için iletim gücünün arttırılması ile, güç kontrolündeki ayrıklaştırma seviyesinden kaynaklanan enerjideki kayıpların azaldığı gözlenmiştir. Buna rağmen yüksek pozisyonlama hataları görüldüğünde bile, iletim gücünün daha hassas ayarlanabilmesi halinde daha iyi ağ yaşam süresi elde edilebildiği anlaşılmıştır. Ayrık iletim gücü kontrolünde yol kaybından kaynaklanan fazla enerji kullanımının paket alma oranını arttırması nedeniyle bazı durumlarda uygun paket alma oranı hedeflenerek sürekli durumdan daha iyi sonuçlar alınabileceği görülmüştür.
Kablosuz algılayıcı ağlarda yaşam süresi enbüyüklemesi için gezgin baz istasyonu konumlandırma eniyilemesi
Her geçen gün yeni kullanım alanları ortaya çıkan kablosuz algılayıcı ağlar(KAA) yüksek sayıda algılayıcı düğümün genellikle belirli bir alanı izleme ve üzerinde taşıdığı algılayıcılar aracılığı ile çevresinden veri toplama amacıyla kullanıldığı tasarsız ağlardır. Bunu mümkün kılan en önemli etkenler ise hiç şüphesiz yarı iletken, radyo haberleşmesi, ağ ve malzeme bilimi teknolojilerindeki yenilikler ve gelişmeler sayesinde üretim ve maliyet ile ilgili kısıtların kalkması ve dolaysıyla algılayıcı düğümlerin uygun maliyetle çok sayıda üretilip kullanılabilmesi olmuştur. KAA'da algılayıcı düğümler, yapıları itibariyle genellikle kısıtlı kaynaklara (enerji, haberleşme mesafesi, bant genişliği, hesaplama gücü ve bellek miktarı gibi) sahiptir. Fakat başlangıçtaki enerji miktarı bu kaynaklar arasından en kritik olanı haline gelmiştir. Bu nedenle KAA'da algılayıcı düğümlerin enerji gereksinimlerinin mümkün olduğunca düşük seviyede tutulması en önemli tasarım gereksinimi olmuştur. Dolaysısıyla, kablosuz algılayıcı ağlar konusunda günümüze kadar yapılan çalışmalar, harcanan enerjiyi düşürerek, diğer bir deyişle daha enerji verimli çözümler üreterek ağ yaşam süresini arttırmak konusunda yoğunluk kazanmıştır. KAA'da baz istasyonu konumu ağın yaşam süresinde önemli bir etkiye sahiptir ve ağın yaşam süresi algılayıcı düğümlerin yapmış oldukları toplam enerji harcaması ile ters orantılı olarak değişiklik göstermektedir. Çok atlamalı bir haberleşme üzerinden verilerin statik konumlu bir baz istasyonuna aktarılması ile enerji dengelenmesi ve ağ ömründe bir miktar iyileşme sağlanabilmesine rağmen baz istasyonuna yakın konumda bulunan düğümler genellikle yoğun-bölge problemi olarak bilinen bir problem sebebiyle enerjilerini düzensiz bir biçimde harcamaktadırlar. Bu düzensizlik nedeniyle de ağ ömründe istenmeyen düşüşler gözlemlenmektedir. Literatürde yoğun-bölge problemi nedeniyle ortaya çıkan bu düzensiz enerji dağılımını gidermek amacıyla gezgin baz istasyonu modeli öne sürülmüştür. Fakat, gezgin baz istasyonunun belirli ağ yapılarında ağ ömrünü önemli ölçüde uzatmasına rağmen bu artışın hareketli tek bir alıcı ile oldukça sınırlı olduğu gösterilmiştir. Bu tez çalışmasında ise gezgin bir baz istasyonunun farklı hareket örüntüleri kullanıldığında enerji dağılımına olan etkisi hakkında daha fazla fikir edinilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca eniyilenmiş bir baz istasyonu hareket modeli geliştirilmiş ve bu modelin başarımı bilinegelen hareket örüntüleri ile (rastgele, ızgara ve spiral) karşılaştırılmıştır. Ek olarak yine bu çalışmada eniyilenmiş çoklu gezgin baz istasyonu modeli geliştirilerek alınan sonuçların yoğun-bölge problemine ve enerji dağılımına olan etkilerine daha fazla ışık tutulması amaçlanmıştır. Son olarak, bu çalışmada çoklu gezgin baz istasyonu modeli ile çoklu sabit baz istasyonu modeli arasında bir karşılaştırma yapılarak ikisi arasındaki ödünleşim incelenmiştir. Çalışmalarda en iyi baz istasyonu konumlandırması için özgün bir Karma Tamsayılı Doğrusal Programlama(KTDP) çerçevesi oluşturulmuştur. Bu model geniş bir parametre uzayında çözdürülerek gezgin baz istasyonu kullanımının ağ yaşam süresine etkileri nitelendirilmiştir.
Kablosuz algılayıcı ağların ağ ömrünü maksimize etmek için iletim gücü seviyesi ile veri paket boyunun müşterek eniyilenmesi
Veri paket boyu ve iletim güç seviyesi, daha yüksek enerji verimliliği ve sonuç olarak daha uzun ağ yaşam süresi elde etmek için en hayati faktörlerden ikisidir. Veri iletiminde küçük paket boyu kullanımı, toplamda daha az bit hatası sağlaması nedeniyle iletimdeki veri paket kaybını azaltıcı etkisi olmaktadır. Öte yandan, daha küçük paket kullanımı, iletilecek verinin daha fazla parçalara bölünmesine sebebiyet vererek daha fazla veri paket üretilmesine, dolayısıyla da daha fazla enerji sarfiyatına yol açmaktadır. Bu sebeple, her bir büyük yada küçük paket boyutu kullanım kararının belli enerji verimsizliklerine sebep olmasından dolayı karşımıza hassas bir ödünleşme çıkmaktadır. İletim güç seviyesini artırmak paket kaybı ihtimalini azaltmaktadır ki bu da ağ yaşam süresini maksimize etmek için optimize edilmesi gereken karar değişkenlerinden biri olmaktadır. Bu önemli iki faktörün beraberce ele alınması, maksimum ağ yaşam süresi elde etme yolunda optimizasyon probleminin karmaşıklık seviyesini artırarak, çözümü oldukça zorlaştırmaktadır. Bu tez çalışmasında, deneysel olarak teyit edilmiş Mica2 düğümlerinin enerji sarfiyat karakteristikleri ve Kablosuz Algılayıcı Ağların (KAA) kanal modeli temel alarak bağlantı katmanı seviyesinde gerçekçi bir model temel alınmıştır. Bağlantı katmanı seviyesinde modeli kullanılarak iletim güç seviyesinin ve veri paket boyunun müşterek optimizasyonu sağlamaya yönelik bahsettiğimiz ödünleşmeye çözümlenmesi için özgün bir Karma Tamsayı Programlama çalışma çerçevesi kullanılmıştır. Veri paket boyu ve iletim güç seviyesinin müşterek optimizasyonun kablosuz algılayıcı ağların yaşam süresi üzerinde etkilerini karakterize etmek amacıyla geniş bir parametre uzayında geliştirilen çerçeve sistem (framework) ile sayısal hesaplamalar yapılarak, elde edilen neticeleri üzerinde değerlendirmeler gerçekleştirilmiştir.
Kablosuz algılayıcı ağlarda veri saçılım potansiyeli ve ağ yaşam süresinin ödünleşmesinin modellenmesi ve analizi
Kablosuz algılayıcı ağlar (KAA) belirli bir coğrafi alana dağılmış küçük algılayıcı düğümlerden ve baz istasyonundan oluşmaktadır. Hedeflenen düğüm çiftleri dışında diğer düşman düğümlerin haberleşme menzili içine girmesi kulak misafirliği olarak tanımlanmaktadır. KAA'lara karşı bir tehdit olan gizli dinleme riskinin en aza indirgenmesi gerekmektedir. Gizli dinlemeyi azaltma çalışmaları, KAA'lara ait en önemli parametrelerden yaşam süresini olumsuz etkilemektedir. Bu çalışmada, gizli dinlemeyi en aza indirmeye ve gizli dinleme kısıtına bağlı ağ yaşam süresini eniyilemeye yönelik bir model tasarlanmıştır. Bu modelle gizli dinleme ve ağ yaşam süresi arasında ilişki analiz edilmiştir. Bu çalışma sonucunda, gizli dinlemeyi minimuma indirgemenin ağ yaşam süresinde azımsanmayacak ölçüde düşüşe neden olduğu gözlenmiş, kısıtlar belirli bir miktar genişletildiğinde KAA ömrünün maksimum seviyeye çıktığı görülmüştür.
Sualtı akustik algılayıcı ağlarda gizli dinleme enküçüklemesi ve ağ yaşam süresi enbüyüklemesi ödünleşmesinin karışık tamsayı programlama yaklaşımıyla modellenmesi ve irdelenmesi
Karasal ortamdaki kablosuz algılayıcı ağlar hakkında birçok araştırma yapılmasına rağmen sualtı akustik algılayıcı ağlar (SAAA'lar) hakkında görece daha az araştırma yapılmıştır. Son yıllarda ise SAAA'lara olan ilgi çeşitli sebeplerden ötürü artmıştır. Sualtı ortamın karakteristik farklılıklarından ötürü, karasal ortamda yapılan araştırmalar SAAA'lara direkt uygulanamamaktadır. Elektromanyetik ve optik haberleşme suda verimli şekilde çalışmadığından ötürü SAAA'larda akustik haberleşme tercih edilmektedir. SAAA'lar genellikle zorlu sualtı ortamlara yerleştirilirler ve bu sebeple birçok güvenlik tehlikesiyle karşı karşıya kalırlar. Dahası, akustik haberleşmenin karakteristik özelliklerinden ötürü düşmanca saldırılara karşı savunmasızdırlar. En tehlikeli güvenlik tehditlerinden birisi de gizli dinleme saldırısıdır. Gizli dinleme saldırısı, saldırgan düğümün ağdaki algılayıcı düğümler arasındaki haberleşmeyi gizlice dinlemesi ile gerçekleşmektedir. İletim gücü seviyelerinin dikkatli şekilde atanması ve veri akış yollarının optimizasyonu gizli dinleme saldırılarının kapsamını hafifletmeye yardımcı olsa da, ağ yaşam süresini negatif olarak etkilemektedir. Bu çalışmada, SAAA'larda gizli dinleme potansiyeli riskini minimize eden ve belli bir gizli dinleme riski altında ağ yaşam süresini maksimize eden iki optimizasyon modeli önerilmiştir. Sonuçlar göstermektedir ki, gizli dinleme riskinin minimize edildiği durumdaki ağ yaşam süresi, gizli dinleme kısıtının olmadığı durumdaki ağ yaşam süresinden oldukça kısadır. Benzer şekilde gizli dinleme riskine karşı önlemler gevşetildiğinde, SAAA'larda ağ yaşam süresi önemli derecede artmaktadır.
Cihazdan cihaza önbelleklemede kaynak tahsisi algoritması geliştirilmesi
Teknolojik gelişmelerle birlikte çevrimiçi cihazların kullanımı daha da yaygınlaşmıştır. Bu durum, mobil veriye olan talepte aşırı artışa neden olmuştur. Servis sağlayıcılar talebi karşılarken kullanıcıların kesintisiz bağlantı, yüksek veri hızı ve düşük gecikme gibi temel servis kalitesi gereksinimlerini de gözetmek durumundadır. Bu gereklilik gelecek nesil haberleşme sistemlerinde, özellikle 5G ötesi için, yeni teknolojilerin geliştirilmesi ihtiyacını doğurmuştur. Cihazdan Cihaza Haberleşme (CCH), kenar önbelleklemeye ve yakın cihazlar arasında içerik iletimine imkân veren yeni ve gelecek vadeden teknolojilerden biridir. CCH ile mobil cihazların önbellekleri kullanılarak diğer kullanıcıların içerik ihtiyacının düşük gecikme ve yüksek veri hızıyla hücresel şebekede yük oluşturmadan iletilmesi mümkündür. Tez çalışması kapsamında, CCH kabiliyeti bulunan cihazların yer aldığı kablosuz bir ağda; kenar önbellekleme, içerik iletimi ve cihaz keşfi problemleri kapsamlı bir biçimde incelenmiştir. İlk olarak, Baz İstasyonu'nun toplam maliyetini CCH'nin sağladığı yük boşaltmanın katkısıyla minimize etmeyi amaçlayan Karma Tamsayılı Programlama (KTP) modeli oluşturulmuştur ve en iyi çözüm sağlanmıştır. Daha sonra bu model dağıtık olarak uygulanan Stackelberg Lider-Takipçi Oyunu algoritması ile çözülerek en iyiye yakın çözüm sunulmuştur. İkinci olarak, yine CCH'nin kullanıldığı kablosuz bir ağda en iyi önbellekleme problemi ele alınmıştır. Modelin amacı toplam yük boşaltma miktarının eniyilemesidir. Bu problem de Karma Tamsayılı Doğrusal Programlama (KTDP) ile modellenmiş ve en iyi çözüm sunulmuştur. Optimizasyon tabanlı çözümlerin özellikle kullanıcı yoğunluğunun fazla olduğu durumlarda pratiklikten uzaklaşmasından ötürü iki tane sezgisel algoritma önerilmiş ve uygulanmıştır. Algoritmalardan bir tanesi öbekleme kabiliyeti bulunan Yardımcı Kullanıcıların (YK) öbekler oluşturarak işbirliği yapmasını ve içerik çeşitliliği sağlamaktadır. Diğeri ise öbek içinde içerik popülerliğine ve öbek içi hiyerarşiye göre önbelleklenecek içerikleri belirlemektedir. Son olarak, CCH'de iletim öncesi cihazların birbirlerinden haberdar olması gerekliliği üzerine öbekleme ve önbellekleme algoritmalarına tamamlayıcı bir yaklaşım olarak Keşif ve Duyuru tabanlı prosedürler önerilmiştir ve LTE şebekesine sadık kalınarak uygulanmıştır. Çalışmalar kapsamında ele alınan bütün yöntemlerin başarımı kullanıcı sayısı, içerik sayısı, içerik popülerliği gibi değişkenler üzerinden incelenmiştir. Girişim, önbellek kapasitesi, kullanıcı hareketliliği gibi kısıtlar gözönünde bulundurulmuştur. Sonuçlar, zorlayıcı koşullarda dahi önerilen algoritmaların optimizasyon tabanlı en iyi sonuca yakın başarım sağladığını, denektaşı olarak sunulan temel yöntemlere kıyasla da üstün olduğunu göstermektedir.
Gizli anahtar şifrelemesi kullanan sualtı akustik algılayıcı ağlarda kritik düğümlerin ağ yaşam süresine etkilerinin özgün bir eniyileme çerçevesi tasarlanarak irdelenmesi
Okyanuslar ve denizler dünya yüzeyinin yaklaşık yüzde yetmişini kaplamaktadır. Günümüzde sualtı yaşamı hala birçok bilinmezlik barındırmasıyla sayısız keşif imkanı sağlamaktadır. 20 yy. sonlarına doğru yarı iletken teknolojisinin ilerlemesi üretim maliyetlerinin büyük ölçüde azaltmıştır. Donanımların maliyetlerinin düşmesi algılayıcı ağların popülerliğini arttırmıştır. Fakat sualtındaki yüksek basınç, aşınma vb. zorlu koşullar nedeniyle bu tarz ortamlara uygun algılayıcıları tasarlamak zorlu ve maliyetli bir iştir. Buna ek olarak algılayıcıları bu bölgelere yerleştirmek ve bakımını yapmak kalifiye ve maliyetli işçilik gerektirmektedir. Sualtı Akustik Algılayıcı Ağlar (SAAA) genellikle zor ortamlara seyrek olarak dağıtılırlar. Bir kere dağıtıldıktan sonra algılayıcılara erişim kısıtlıdır. Algılayıcı düğümler arası gönderilen verilerin güvenliği veri paketlerinin şifrelenmesi ile sağlanır. Su altına dağıtılan algılayıcı düğümlerin sınırlı donanımları sebebiyle hafızaları kısıtlıdır. Hafıza kısıtı nedeniyle her düğümde gizli anahtar kümesinin sadece belirli bir kısmı bulunur. Güvenli bağlantının sağlanabilmesi için sadece iki düğüm birbirine veri gönderebilecek mesafede olması yetmez ayrıca aynı gizli anahtarı da bulundurması gerekir. Ana istasyon tüm gizli anahtarları barındırdığı için algılayıcı düğümler topladıkları verileri direkt olarak ana istasyona gönderebilirler. Buna ek olarak topladıkları verileri aynı gizli anahtarı paylaştığı yani güvenli bağlantı kurabildiği diğer algılayıcı düğümler üzerinden de ana istasyona gönderebilirler. Ağdaki düğümlerin hepsi güvenli bağlantı kuramadıkları için birbirleriyle haberleşemezler. Bu durum ana istasyona giden veri aktarım yollarının (diğer düğümler üzerinden) azalmasına sebep olur. Güvenli bağlantı kısıtından dolayı azalan veri aktarım yolları nedeniyle düğümler veri paketlerini aktarırken enerji olarak en verimli yolu kullanamazlar ve aktarım sırasında olması gerekenden daha fazla enerji harcarlar. Algılayıcı sensörlerin bataryaları limitli olması nedeniyle aktarım için harcadıkları enerji arttıkça ağın yaşam süresi kısalır. Azalan veri aktarım yolları ağı kritik düğüm saldırılarına daha açık hale getirir. Ağdaki en kritik düğümün etkisiz hale getirilmesi ağın yaşam süresini önemli ölçüde azaltmaktadır. Bu çalışmada gizli anahtar şifrelemesi kullanan Sualtı Akustik Algılayıcı Ağlarda kritik düğümün ağ yaşam süresine etkileri doğrusal programlama (DP) modeli oluşturularak ağın büyüklüğü, anahtar paylaşma olasılıkları ve kritik düğüm sayısı gibi farklı parametrelerle incelenmiştir.
Akıllı şebekelerde kablosuz algılayıcı ağların optimal kullanım planlarının geliştirilmesi
Kablosuz Algılayıcı Ağlar (KAA'lar) düşük maliyetleri ve kurulum kolaylıkları ile birlikte sundukları gelişmiş iletişim yetenekleri sayesinde diğer pek çok alan gibi, hem Akıllı Şebeke (İng. Smart Grid – SG) hem Nesnelerin İnterneti (İng. Internet of Things – IoT) uygulamaları için önemli bir teknoloji olarak görülmektedirler. Bileşenleri arasında iki yönlü veri iletişimine olanak sağlayan, kendi kendini idare edebilen SG'ler geleneksel elektrik şebekesinin eksikliklerine bir çare olarak önerilmektedir. Bu çerçevede, istenen kapsama seviyesini korurken, uzun bir ağ ömrü elde etmek için enerji verimli iletişim protokolleri tasarlamak büyük önem arz etmektedir. Tez kapsamında öncelikle, herhangi bir anda sistemde canlı olarak bulunan sensör kümesi ile gerekli kapsama seviyesi ve baz istasyonuna (BS'ye) bağlantılılık sağlanabildiği sürece iletim yollarının topoloji değişikliklerine yeniden uyarlandığı bir senaryo incelenmektedir. Özgün bir 0-1 karma tamsayılı programlama (İng. Mixed Integer Programming – MIP) modeli önerilmekte ve enerji tüketimi vurgusu ile birlikte birim zaman ayrıştırmasında ağ davranışını optimize eden iki alternatif 0-1 MIP modeli sunulmaktadır. Çalışma, optimizasyon yöntemlerine dayalı bütünsel bir çözüm çerçevesinde, enerji tükenmesi nedeniyle topoloji adaptasyonu içermesi açısından benzersizdir. Geleneksel bir ağ ömrü metriği olan ilk sensör ölünceye kadar geçen süre yerine önceden belirlenmiş kapsama seviyesi ve hayatta olan sensörlerle BS'ye bağlantı sağlanabildiği sürece KAA'nın optimal şekilde çalışmaya devam etmesine izin verilmekte ve tek seferlik bir yeniden düzenlemeden sonra bile ağ ömrünün önemli ölçüde artırılabileceği gözlemlenmektedir. Ayrıca, önerilen modellerin çözümlerinin ağ ömrü ve kapsama seviyesi açısından nasıl farklılık gösterdiği analiz edilmektedir. Bir yan katkı olarak, klasik tek periyotlu problem için; ilk sensör ölene kadar geçen sürenin (İng. First Sensor Dies – FSD) maksimize edilmesinin, en çok enerji harcayan sensörün enerji tüketimini minimize etmeye eşdeğer olduğu gösterilmektedir ki bu durum herhangi bir topoloji değişikliği durumunda doğru olmak mecburiyetinde değildir. Bu bağlamda, gerçekleştirilen çalışma ile kapsama ve bağlantı tabanlı hizmet kalitesi gereksinimleri altında, ağ ömrü için teorik üst sınır belirlemek amacıyla pratik bir araç sağlanmaktadır. SG, akıllı ulaşım, akıllı evler, akıllı sağlık, akıllı izleme/görüntüleme uygulamalarının hepsi temelde uzun yıllardır hayatımızda olan sensörlerin daha akıllı kullanımına dayanmaktadır. Tüm bu sistemlerin ortak vizyonu sensörler sayesinde IoT çatısı altında bir araya gelmektedir. IoT uygulamaları; bağlantılılık, kapsama, düşük gecikme süreleri vb. başlıkları altında gruplandırılabilen ve uygulama alanının ihtiyaçları doğrultusunda şekillenmiş karakteristik hizmet kalitesi gereksinimlerine sahiptir. İlk bakışta bu gereksinimler; gecikme ve ağ ömrü ile ilgili hizmet kalitesi beklentileri olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu ölçütler doğaları gereği birbirleriyle ödünleşim içerisinde olduğundan aralarında bir denge kurulması pek çok açıdan kaliteli tasarımların yapılabilmesi için önem arz etmektedir. Dolayısıyla da etkin KAA tasarımı probleminin çok amaçlı perspektiften ve kapsama konsepti ile birlikte ele alınması anlamlı olmaktadır. Tez çalışması kapsamında bahsedilen problem için 0-1 MIP modeli tabanlı iki aşamalı bir çözüm yaklaşımı önerilmektedir. Bu amaçla maksimum gecikme, ortalama gecikme ve maksimum enerji tüketimi vurguları ile üç farklı model önerilerek ağ ömrü, veri gecikmesi ve kapsama arasındaki ödünleşim incelenmektedir. Böylece farklı uygulama alanlarındaki gereksinimlere dair bir iç görü sağlanmaktadır. Anahtar Kelimeler: KAA, Akıllı şebeke, IoT, Kapsama, Ağ ömrü, Gecikme, Topoloji değişikliği, Çok periyotlu optimizasyon, Çok amaçlı optimizasyon, Tamsayılı programlama
Kablosuz algılayıcı ağlarda çoklu omurga üzerinden tüme gönderim probleminin hedef programlama ile optimizasyonu
Bu çalışmada, Kablosuz Algılayıcı Ağ (KAA) literatüründe genelde teke gönderim bağlamında ele alınmış olan sıcak nokta probleminin grup haberleşmesindeki karşılığı araştırılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında, tüme gönderim yapan bir KAA uygulamasında çoklu omurgalar kullanılarak maksimum enerji tüketimi enküçüklenmiştir. Çoklu omurga tasarımıyla, ağdaki düğümlere yapılan rol atamasının ve kullanılan bağlantıların değişebilmesine izin verilmiştir. Bu amaçla Akış Tabanlı (İng. Flow Based-FB) ve Düğüm Tabanlı (İng. Node Based-NB) olarak adlandırılan iki farklı Karma Tamsayılı Programlama (İng. Mixed Integer Programming-MIP) modeli kurulmuştur. Performans karşılaştırması yapıldığında NB'nin daha ölçeklenebilir olduğuna karar verilmiş ve çalışmaya bu modelle devam edilmiştir. Ayrıca bir ağdaki kullanılabilecek omurga sayısı için teorik bir üst sınır elde edilmiştir. İkinci aşamada, ağdaki toplam enerji tüketimi ve maksimum enerji tüketimi metrikleri ayrı ayrı eniyilenerek ortak topoloji örneklerinde ağın aynı şekilde davranmadığı kanıtlanmıştır. Son olarak, maksimum enerji tüketimi ve uçtan uca gecikme metrikleri hem ayrı ayrı hem de birlikte eniyilenmiştir. Birbiriyle çelişen bu iki metrik arasındaki ödünleşim çok amaçlı bir eniyileme yöntemi olan Hedef Programlama (İng. Goal Programming-GP) ile analiz edilmiştir. Tüm matematiksel modeller PYTHON kodlama dili ve CPLEX ticari çözücüsü kullanılarak çözdürülmüş, alınan tüm testlerde optimal sonuçlara ulaşılmıştır.
Kablosuz algılayıcı ağlarda ağ yaşam süresi ve K-bağlılık arasındaki ilişkinin modellenmesi ve irdelenmesi
Genel olarak Kablosuz Algılayıcı Ağlar (KAA) ve daha özelinde Sualtı Kablosuz Algılayıcı Ağlar (SKAA) bir çok izleme ve gözetim uygulamalarında sıklıkla ve geniş alanlarda kullanılmakta olan çözümlerdendir. Her iki uygulama için de ağ yaşam süresinin enbüyüklenmesinin ve ağ güvenirliliğinin artırılmasının dikkate alınması gereken en önemli parametrelerden olduğu unutulmamalıdır. Özellikle kritik görevlerde kullanılan KAA'ların hem yaşam sürelerinin çok yüksek olması hem de ilgili ağın kesintiye uğramadan verileri ilgili baz istasyonlarına ulaştırabiliyor olması çok önem arz etmektedir. Ağın güvenirliliği bir çok parametre ile tanımlanabilir. Bu tez çalışmasında ağ güvenirliliği için daha gürbüz bir parametre olan k-bağlılık açısından güvenirlilik incelenirken, yaşam süresinin enbüyüklenmesi amaçlanmıştır. Ancak KAA'nın düğümlerinden baz istasyonuna kadar k farklı yolun oluşturulması ve ayakta tutulması için enerji tüketiminin artacak olması yani ağın yaşam süresinin kısalacak olmasından dolayı büyük bir ödünleşme meydana gelmektedir. Bu tezde ağ yaşam süresi ile ağın güvenirliliği arasındaki ödünleşme analizi ortaya konulan matematiksel programlama çerçevesinde incelenmiştir. Çok sayıda belirgin parametre için önerilen eniyileme modelinin optimal çözümleri aracılığıyla elde edilen sonuçlar ortaya koymaktadır ki k-bağlılık değerinin yüksek tutulmaya çalışılması halinde yaşam süresinde kayda değer azalmalar meydana gelmektedir.
Kablosuz Ağ standartlarının Karşılaştırılması ve 802.1x standardı ile bir üniversitede kablosuz ağ güvenliği tasarımı
Teknolojini günden güne gelişimi ile birlikte teknolojinin kullanımının basite indirgenmesi ve özellikle kullanıcıların taşınabilir cihazları tercih etmesi kablosuz ağlara olan ilgiyi arttırmıştır. Kablosuz cihazların kullanımının artmasıyla beraber bilgi paylaşımı, sistemlerin kullanımı ve birçok farklı uygulama kablosuz ağ üzerinden devreye alınmaya başlamıştır. Fakat kablosuz ağlar havada yayın yapan cihazların ve bu yayını alan cihazların birbiri arasındaki iletişimin gerçekleşmesi ile kullanılan sistemlerdir, bu veri alışverişi esnasından bu yayını takip eden birçok kişi olabilmekte veya bu yayının içerisine dâhil olmuş fakat yetki seviyesi farklı olan kullanıcılarda ağın içerisindeki verilere ulaşabilmektedir. Bu gibi durumlar birçok ağ sisteminde güvenlik açıklarına neden olabilmektedir. Tez çalışması içerisinde kablosuz ağ güvenlik yöntemleri incelenmiş ve güvenlik açıklarından bahsedilmiştir. Kablosuz ağ güvenliği yöntemlerinden kullanımı önerilen özellikle 802.1x standardı üzerinde durulmuştur. Üniversitelerde kablosuz ağ güvenliği ve kullanıcı kimliği tesbiti ve daha güvenilir bir sisteme oluşturabilmek için 802.1x standardı ve sanal ağ mimarisini birlikte kullanımı için tasarılar oluşturulmuştur. Bu tasarıların uygulana bilmesi için çeşitli materyaller kullanılmış ve testlere tabi tutulmuştur. Bu Tez çalışmasında birinci bölümde bilgisayar ağları, ağ protokolleri kablosuz ağ standartlarının gelişim süreçleri hakkında literatürden bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde kablosuz ağlarda güvenliği yöntemlerinden wi-fi korumalı erişim, kabloluya eşdeğer gizlilik, Mac adresi kimlik denetimi, Ssıd yayınını devre dışı bırakma,802.1x standardı gibi kimlik tanıma yöntemleri incelenmiş ve özellikle 802.1x standardı üzerine durulmuştur. Üçüncü bölümde 802.1x standardının üniversitede kablosuz ağ güvenlik seviyesini arttırılabilmesi için analizler yapılmış analizler neticesinde standardın daha güvenilir bir yapıda kullanımı için sanal ağ mimarisi ile birlikte kullanımı önerilmiş ve bu analizler sonucu tasarılarımlar oluşturulmuş, bu tasarılar için uygun materyaller kurulmuş ve yapılandırılmıştır. Bu tez çalışmada 802.1x standardı EAP kimlik kanıtlama yöntemleri incelenmiş ve bu yöntemlerden Korumalı EAP PEAP ve EAPMSCHAPV2 birlikte kullanılmıştır. Son bölümde ise 802.1x standardı üniversite kullanımı için çeşitli testler yapılmış ve bu testlerin sonuçlarına yer verilmiştir. Kullanıcıların tanımlamış oldukları kullanıcı adı ve şifresi ile farklı işletim sistemleri ile 802.1x standardıyla kimliği doğrulandıktan sonra sisteme tanımlandığı sanal ağ ile erişim sağlayabilmesi test edilmiştir
Distributed iterative cluster localization in wireless sensor networks
We designed a distributed algorithm for iterative cluster localization. Because this algorithm is especially designed for large scale networks, increase in the number of sensor nodes has no inefficiency effect on sensor node performances. A node has the information regarding every node within some vertices which are in range of the node. In the presented techniques every node only focused on localizing itself, however in our algorithm every node can localize itself individually or they obtain localization information from other nodes. And we see that each node likely to localizes itself after it has localized other nodes in its cluster which obviously shows the contribution of coordinate sharing. Although our algorithm is mostly dependent on sharing information, we show the messaging overhead is quite reasonable.
Robust localization framework for wireless sensor networks
In this thesis we try to construct a robust localization framework for wireless sensor networks and sample algorithms which uses our robust localization framework. In order to handle noise in distance measurements, our framework tries to utilize convex constraints and confidence intervals of a random variable. At the end of the localization process nodes will be assigned a setof feasible regions, with corresponding probabilities.
A hybrid mode of operation for RPL networks
Nowadays, more and more devices getting smart abilities by connecting to the Internet. These devices and the networks these form are generally called Internet of Things. Internet of Things is a concept that considers variety of objects that are able to interact with each other through wireless medium. This enables the things to corporate and achieve their goals without any human intervention. According to the estimations, there will be 50 billion devices connected to Internet by 2020. Internet of Things networks are classified under Low-Power and Lossy Networks because of their constrained nature. Interconnection of these networks is done by using IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks protocol stack on top of IEEE 802.15.4 physical layer protocol. IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks (RPL) is the IETF proposed routing protocol for constrained networks. It enables Internet of Things devices to interact with each other and the rest of the Internet. RPL constructs a tree-like topological structure rooted at a border router. Construction of the network is initiated by this root node. Each node participates to the network by selecting a parent among their neighbours. RPL enables upward routing towards root node by using the default route to parent nodes. For downward routing, it offers four different modes of operation to fullfil requirements of different applications. However, a RPL instance may run under one of these modes of operation. This thesis investigates problems caused by RPL's mode of operation mechanism and offers a solution by defining Hybrid Mode of Operation. The proposed method solves conectivity problems and increases network performance in terms of hop count and network load balance. Moreover, the proposed method provides compatibility with standard RPL.
Kablosuz algılayıcı ağlarda kapsanma oranının elektromagnetizma-benzer algoritması ve elfes olasılıksal algılama modeli ile optimizasyonu
ALİ, Nawzad Hasan. Kablosuz Algılayıcı Ağlarda Kapsanma Oranının Elektromagnetizma-Benzer Algoritması ve Elfes Olasılıksal Algılama Modeli ile Optimizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi, Van, 2019. Kablosuz Algılayıcı Ağ'lar kritik ortamların takibi, felaket durumlarının tespiti, çevrenin izlenmesi gibi ulusal güvenliği gerektiren çeşitli uygulamalarda son yıllarda birçok araştırmacı tarafından çalışılan önemli bir çalışma sahası olmuştur. Bu ağları oluşturan algılayıcıların algılama, hesaplama ve iletişim yetenekleri ile birlikte enerjileri de sınırlı olduğu için belli bir alan içerisindeki yerleşimlerinin rastgele olarak yapılması; hem ilgili alanın etkin bir şekilde kapsanamamasına hem de algılayıcıların enerjilerinin gereğinden fazla tüketilerek ağın yaşam süresinin azalmasına neden olacaktır. Bu süreçte algılayıcıların alandaki yerleşimlerinin dinamik olarak yapılması ağın kapsanma oranının artırılmasında ve ağın yaşam süresini uzatarak alanın algılanma sürekliliğinin sağlanmasında önemli bir rol oynar. Kablosuz Algılayıcı Ağ'ların kapsanma oranlarının optimizasyonu ilgili alandaki hedeflerin dağıtılan algılayıcılar tarafından optimum olarak kapsandığını ve bu hedeflerin algılayıcılar tarafından izlenebildiğini gösterir. Literatürde yapılan çalışmalarda sezgisel tabanlı olarak algılayıcıların dinamik dağıtım probleminin çözümü için birçok yaklaşım önerilmiştir. Ayrıca hem İkili Tarama Modeli hem de Olasılıksal Tarama Modeli kullanılarak Elektromagnetizma-Benzer algoritma tabanlı yeni yaklaşımlarda önerilmiştir. Bu çalışmada ise literatürde çalışılmayan Elektromagnetizma-Benzer algoritma tabanlı Elfes Olasılıksal Algılama Modeli kullanılarak hem ağın kapsanma oranını optimize edilmesi hem de literatüre yeni bir bakış açısı kazandırmak amaçlanmıştır. Bu tez çalışmasında, hem mobil hem de statik düğümlerden oluşan homojen ve heterojen algılayıcıların tanımlanan alanı optimum olarak kapsayarak etkin bir dinamik dağılım yapılması hedeflenmiştir. 2 boyutlu bir düzlem olarak temel alınan Kablosuz Algılayıcı Ağ'daki alan kapsama probleminin çözümü için meta-sezgisel tabanlı Elektromagnetizma-Benzer algoritması esas alınarak ve Elfes Olasılıksal Algılama Modeli kullanılarak yeni bir dinamik dağıtım yaklaşımı geliştirilmiştir. Bu yaklaşımın ağdaki benzetimi MATLAB ortamında gerçekleştirilen Monte Carlo simülasyonları ile yapılmıştır. Elde edilen deneysel bulgular; alan kapsama problemi için geliştirilen yaklaşımın rastgele dağıtım ile karşılaştırıldığında daha etkin olduğunu ve ulaşılan kapsama oranlarına göre algılayıcıların ilgili alandaki optimum yerleşimlerinin sağlandığını ve dinamik bir dağıtım yöntemi olarak önerilebileceğini göstermiştir. Anahtar Sözcükler Kablosuz Algılayıcı Ağlar, Alan Kapsama Problemi, Algılayıcı Dinamik Dağıtımı, Elekromagnetizma-Benzer Algoritması, Elfes Olasılıksal Algılama Modeli.
Optimization methodology for application mapping in wireless network-on-chip
Network-on-Chip is a novel communication technology that has replaced the traditional bus-based or point-to-point communication methods between the electronic components to allow for faster and more energy-efficient communication in a system. Nevertheless, in NoC, some communicating components may be too far from each other, making the multi-hop communication between such cores inefficient in terms of high latency and energy consumption. As a solution to shorten the hop count between such components, wireless connections between tiles were introduced, leading to Wireless Network-on-Chip architectures that enable higher scalability and bandwidth along with lower communication latency and energy consumption than traditional NoC by reducing communication distance between faraway points to a single-hop wireless interconnect. However, there are still some important challenges for WiNoC design related to the application mapping, routing, and integration of wireless routers, such as the complexity of hardware or power overhead. The application mapping to multiple cores is an NP-hard problem. Although there are several successful mapping algorithms for NoCs, the literature lacks the optimal mapping techniques for hybrid WiNoCs. In this study, we present quadratic programming-based and simulated annealing-based application mapping methods for hybrid WiNoC mesh topologies. The QP-based model gives us optimal solutions with high computational complexity for smaller problem sizes, while our metaheuristic SA-based method provides optimal or near-optimal results in realistic runtimes for bigger problem sizes. Our methods take the application graph and the hybrid 2D WiNoC mesh topology, where some routers communicate through wireless links as inputs and generate the optimal application mapping with the objective to minimize the communication energy consumption of the application. Our proposed QP-based model generates the optimal solutions in faster execution times, while the proposed metaheuristic SA-based application mapping method is able to generate optimal or near-optimal solutions for most of the test cases for relatively smaller benchmark sizes with slower performance than the QP-based method. For bigger problem sizes, the QP-based method cannot finish execution in acceptable running times. We also investigated the effects of different wired-to-wireless communication cost ratios on the overall communication cost in hybrid WiNoCs.
Kablosuz sensör ağlarında sıkıştırılmış örnekleme
Haberleşme günümüzün en önemli konularından biri olarak öne çıkmaktadır. Günden güne veri trafiği inanılmaz bir şekilde artış göstermektedir. Pratik açıdan kullanım kolaylığı ile birlikte kablosuz haberleşme teknolojisi bu zamana kadar önemli gelişmeler kat etmiştir. WSN'ler kablosuz haberleşmeyi kullanan, çeşitli fiziksel ölçümleri yapıp belli bir bölgeyi gözetlemeyi veya o bölgeden bilgi toplama imkânı veren ağlardır. Bu ağ kısıtlı enerjiye sahip düğümlerden ve bu düğümlerin verilerinin toplandığı ve işlendiği en az bir erişim noktasından oluşmaktadır. WSN'lerdeki düğümlerin yaşam sürelerini uzatmak için enerjilerinin verimli bir şekilde kullanılması gerekmektedir. Harcanan enerji, veri iletimi ve hesaplamalar ile doğrudan ilişkilidir. CS teorisi de bu noktada çözüm sunmaktadır; eğer ölçülen sinyal seyrekse, bu sinyal Nyquist oranına göre daha az sayıda ölçümle yeniden oluşturabilmektedir. Bundan dolayı CS, WSN için önemli bir tekniktir. Bu tez çalışmasında incelenen sinüzoidal, doğrusal ve ikinci derece alanlar için örnekleme noktaları tekdüze, Gauss, H-PPP ve eş aralıklı olarak seçilmiştir. Bu örnekleme noktalarından alınan ölçümler OMP ve CoSamp algoritmaları kullanılarak geri dönüşüm başarımları incelenmiştir. Düğümlerin alana rasgele dağıtılmasını öneren, bir başka deyişle örnekleme noktalarının rasgele seçildiği, tekdüze ve H-PPP dağılımları daha başarılı sonuçlar vermiştir.