Wireless communication
61 theses under this subject heading
Su altında görünür ışık haberleşmesi
Günümüzde su altında haberleşme için yüksek maliyetli ve çevresel donanımlara bağlı çözümler kullanılmaktadır. Öte yandan, görünür ışık ile iletişim (VLC) yeni nesil iletişim teknolojilerinden olup elektromanyetik spektrumun görünür bölgesindeki ışığı kullanarak veri iletimini amaçlayan bir teknolojidir. Radyo Frekans (RF) teknolojisinin su altı ortamda yetersiz olmasından dolayı en önemli rakibi olan VLC teknolojisi veri iletimi açısından çok daha avantajlıdır. Bu çalışmada tasarlanan VLC sisteminde ışığın doğrusal yönlülük özelliği kullanılarak sadece hedeflenen alıcı ile iletişim gerçekleştirilmektedir. Gizli bir faz kaydırmalı anahtarlama yöntemi ile verinin şifrelendiği, VLC ile veri gönderimi gizlilik protokolü üzerine çalışmalar yapılmıştır. Haberleşme, tasarlanan verici ve alıcı devreler ile gizli anahtarlama kodlaması kullanılarak çift-yönlü veri iletimi gerçekleştirilebilecek mikroişlemci aracılığıyla sağlanmaktadır. Su altı ortamında RF ve optik haberleşmeyi ayıran en önemli fark su ortamının RF tarafından iletken olarak algılanırken, VLC için dielektrik olarak algılanmasıdır. Çalışmanın odak noktası olan su ortamı için önerilen protokol, deneysel olarak farklı tuzlu derişimlere sahip su altı ortam şartlarında, alıcı – verici arası farklı yönlendirme açılarında, veri paketi teslim oranı ve gecikme süresi başarım ölçümleri dikkate alınarak test edilmiştir. Yapılan testler bir SCD sensör ile karakterize edilmiş ve simülasyonları sağlanarak motor kontrolü ve sesli uyarı ikaz sistemi geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu çalışmada VLC'nin su altı haberleşme performansı 1 metrelik bir akvaryumda farklı derişimlerde tuz konsantrasyonu için deneysel olarak tartışılmıştır.
IEEE 802.15.4 standardına uyumlu RF haberleşme uygulaması
Yüksek Lisans tez çalışmasında IEEE 802.15.4 standardı kapsamlı biçimde incelenmiş ve standarda uygun yapıda haberleşen telsiz ağı kurulmuştur. Konuya alt yapı oluşturması amacı ile birinci bölümde IEEE tarafından 802.15 WPAN çalışma grubunun kurulma amacı ve çalıştığı konular özet olarak sunulmuş, IEEE 802.15.4 standardı ile ZigBee teknolojisinin bağlantısı açıklanmış ve ZigBee ile Bluetooth teknolojileri karşılaştırılmıştır. İkinci bölümde IEEE 802.15.4 LR-WPAN genel hatları ile belirtilmiştir. LR-WPAN cihaz mimarisi, veri aktarım modeli ve ilkel kavramı gibi konular sunulmuştur. Ayrıca standardın kapsamı dışında kalan ağ topolojileri konusunda bu bölümde incelenmiştir. IEEE 802.15.4 standardı 2 katman tanımlar. Ağ içinde telsiz veri haberleşmesinin etkinleştirilmesi, frekans seçimi ve veri aktarımı gibi görevler, tanımlanan fiziksel katmanın (PHY) sorumluluğundadır. Fiziksel katmanın özellikleri, çerçeve yapısı ve gereksinimleri üçüncü bölümde anlatılmıştır. Dördüncü bölümde ortam erişim kontrolü (MAC) alt katmanı tanıtılmıştır. Bu bölümde beacon, veri, onay ve MAC komut çerçevelerinin yapısı detaylı biçimde anlatılmış ve her MAC komut çerçevesi tanıtılmıştır. MAC alt katmanın sorumluluğunda olan ağ kurulması, cihazın ağa bağlanması ve ayrılması gibi konular yine bu bölüm altında incelenmiştir. Projede kullanılan RF alıcı-verici yongasının tanıtımı ve yapılandırılması beşinci bölüm altında incelenmiştir. Uygulamada akaryakıt istasyonlarında pompa durumlarının uzaktan izlenmesi ve kontrolü amacıyla hava ara yüzünde taşınacak veri yükünü DCR-ECR iletişim protokolü tanımlar. Kurulan IEEE 802.15.4 ağı, ağ içindeki cihazların yapısı, DCR-ECR iletişim protokolü ve yapılan testler altıncı bölümde sunulmuş ve sonuç bölümü ile proje tamamlanmıştır. Anahtar kelimeler: Telsiz iletişim, IEEE 802.15.4 LR-WPAN, ZigBee, CC2420, 2.4GHz RF
Solar power harvesting design for wireless communication based wireless sensor networks application
This study conducted a thorough exploration of the efficiency of different maximum power point tracking algorithms within photovoltaic energy harvesting-based wireless sensor networks, with a specific focus on how these algorithms respond to environmental factors such as temperature and solar irradiance. Among the various algorithms evaluated, the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm stood out due to its exceptional performance. It exhibited a notably low overshoot of 14.8 volts and 25 mA at 0.1 seconds. Comparatively, the Perturb and Observe (PO) algorithm displayed a slightly higher overshoot of 15 volts and 25.5 mA. The Incremental Conductance (IC) and Fuzzy Logic (FL) algorithms both showed even higher overshoots, reaching 15.3 volts and 27 mA within the same timeframe. In the critical area of output power, the PSO algorithm again emerged as the most efficient, with the IC and FL algorithms following behind, and the PO method demonstrating the weakest performance. Furthermore, the study uncovered that environmental conditions, specifically temperature and solar irradiance, significantly influence the charging process of wireless sensor batteries. These factors have a profound effect on the charging efficiency and rate, which in turn impacts the overall performance and lifespan of the batteries in wireless sensor networks. The study recommends the use of the PSO algorithm for optimizing WSN battery charging processes due to its efficiency, adaptability, and responsiveness to changing conditions. However, for limited computational resources, alternative algorithms like IC or FL can be considered. The study also emphasizes the importance of incorporating environmental variables like temperature and solar irradiance into the battery charging optimization strategy to enhance charging efficiency, improve battery longevity, and enhance overall performance in WSN systems. Despite its computational complexity, PSO offers significant improvements over the basic P&O method. The selection of batteries that can endure a range of weather conditions is essential, especially considering the impact that extreme temperatures can have on battery performance. This research provides valuable insights that can contribute to enhancing the robustness, sustainability, and reliability of wireless sensor network systems, enabling them to operate effectively even in challenging environmental conditions. It offers a comprehensive evaluation of various MPPT algorithms used in photovoltaic energy harvesting-based wireless sensor networks, assessing their performance across different environmental scenarios using MATLAB 2021b.
Design and implementation of a wireless sensor network for energy monitoring, analysis and management in smart buildings
In this thesis, a smart building management system (SBMS) is developed to be used in households and buildings by employing ZigBee wireless communication protocol. In order to program microcontroller cards utilized in SBMS, a special algorithm is enhanced for code standardization. The system consisting of energy management section (EMS), security check section (SCS), and fire detection control section (FDCS) is executed in the main system room of hospital information management system in Çukurova University Balcalı Hospital. In EMS, the smart plug is firstly designed to measure electrical quantities. Data obtained from measurements in the server and air conditioners are evaluated to predict future consumption by artificial intelligence methods. Furthermore, three split-type air conditioners are sequentially operated with respect to measured temperature and humidity values. Additionally, LED dimming study is realized instead of traditional lighting techniques. According to analyzes and studies in the scope of this thesis, energy savings of about 22% can be achieved. Standardized codes in EMS can be used in SCS and FDCS, and it is proved that developed codes can be employed for all Arduino cards. It is considered that the developed SBMS with additional future works will significantly contribute to demand side management for further studies.
Çok hücreli masif MIMO kablosuz iletişim sistemleri için spektrum verimliliğinin ve güç tahsisinin incelenmesi
Gelecek nesil kablosuz iletişim sistemlerinde, spektrum doluluk problemi nedeni ile yüksek spektrum verimliliğinde (SE) hizmet sunulması en önemli hedefler arasındadır. Bu düşünce ile öncelikle bu tezde, masif MIMO haberleşme sistemlerinde, yüksek SE kazancına odaklanılmıştır. Bu kapsamda, araştırmacılara yol gösterici olması adına, Maksimum Oran Birleştirme (MRC) veya Sıfıra Zorlama (ZF) kullanarak, sabit veya farklı uzunluktaki pilot dizisi ile Zaman Bölmeli Çiftleme (TDD) veya Frekans Bölmeli Çiftleme (FDD) modu kombinasyonlarıyla yüksek SE başarımı sunabilen farklı senaryo analizleri sunulmuştur. Özellikle, masif MIMO sistemlerindeki baz istasyonundaki (BS) antenlerinin sayısı ve pilot yeniden kullanım faktörü ile birlikte ideal kullanıcı terminali sayısının (U), SE bazında etkin kaynak tahsisi açısından önemli olduğu anlaşılmıştır. Bu bağlamda, tezin ilerleyen kısımlarında, üç girişim seviyelerine dayalı olarak, sinyal-parazit-ve-gürültü oranları (SINR) ile birlikte kapalı form SE denklemleri elde edilmiştir. BS'deki anten sayısının bir fonksiyonu olarak, çoklu pilot yeniden kullanım faktörleri ile MRC ve ZF gibi çeşitli işleme şemaları dikkate alınarak benzetimler gerçekleştirilmiştir. Sonuçlardan, U'nun işleme şemalarına göre değişiklik gösterdiği anlaşılmıştır. Genel olarak, bu sonuçlar, çok hücreli sistemlerde bu tezde elde edilen U dikkate alındığında, SE'den azami seviyede yararlanılabilecek olması ile literatüre katkı olarak sunulmuştur. Böylelikle, heterojen ağlarda SE açısından ideal U sayısına ulaşan bir hücreye dâhil olmak isteyen kullanıcının başka bir ağa yönlendirilmesi için ağ değiştirme algoritmalarına girdi verisi sunulmuştur. Ayrıca, bu tez çalışmasında masif MIMO sistemlerinde enerji verimliliğini (EE) en üst düzeye çıkarmak için yenilikçi bir pilot güç tahsisi algoritması önerilmiştir. Algoritma, ilgili SINR değerlerini polarize ederek pilot güçlerini optimize etmektedir. Optimize edilen bu güç değerleri sayesinde, toplam harcanan güç bütçesinin daha da düşürüldüğü gözlemlenmiştir. Algoritmanın başarımı, benzetim sisteminin kümülatif dağılım fonksiyonu (CDF)-EE çıktıları kullanılarak ölçülmüştür. Ayrıca, aynı benzetim ortamları altındaki başarımları karşılaştırmak için eşit pilot güç tahsisi (EPPA) ve su doldurma pilot güç tahsisi (WF-PPA) şemaları da uygulanmış ve önerilen sezgisel yaklaşımımızın EPPA ve WF-PPA yöntemlerinden daha üstün olduğu kanıtlanmıştır.
Gelecek nesil haberleşme sistemlerinde yapay zeka tabanlı modülasyon tanımlama yöntemi geliştirilmesi
Derin öğrenme (deep learning, DL) ve makine öğrenimi (machine learning, ML) tekniklerinin gelecek nesil haberleşme sistemlerinde otomatik modülasyon tanımlama (automatic modulation recognition, AMR) için kullanılması oldukça önemlidir. Gelecek nesil haberleşme teknolojilerinde yapay zeka (artificial intelligence, AI) oldukça önemli bir yer tutacaktır. Yapay zekanın ön plana çıkmasıyla beraber bilişsel radyo (cognitive radio, CR) gibi sistemler daha etkili çalışma fırsatı bulacaktır. Bu tez çeşitli evrişimli sinir ağı (convolutional neural network, CNN) tabanlı modelin etkinliğini modülasyon türlerinin sınıflandırılması kapsamında farklı sistem modelleri ve sinyal-gürültü oranları (signal-to-noise ratio, SNR) için incelemektedir. Çeşitli formattaki sayılar ya da görüntüler ile IQ ve rθ diyagram düzlemlerinde üretilen veri setleri sınıflandırma modellerini beslemektedir. Böylelikle sınıflandırma modellerinin beslendiği veri setleri içeriğinin performansa etkisi gözlenmiştir. Ayrıca klasik modülasyon türlerinin yanına çeşitli indis modülasyonu (index modulation, IM) tekniği de eklenerek sınıflandırma problemi kapsamında literatüre yenilikçi katkılar sağlanmaktadır. Kullanılan klasik modülasyon tekniklerinin arasında faz kaydırmalı anahtarlama (phase shift keying, PSK) modülasyon ailesinden ikili PSK (binary PSK, BPSK), dördün PSK (quadrature PSK, QPSK), 8PSK, 16PSK, 32PSK ve 64PSK bulunurken karesel genlik modülasyonu (quadrature amplitude modulation, QAM) ailesinden QAM16, QAM64 ve QAM256 bulunmaktadır. Sınıflandırılan IM teknikleri de uzaysal modülasyon (spatial modulation, SM), dik SM (quadrature SM, QSM) ve genelleştirilmiş SM (generalized SM, GSM)'dir. rθ diyagram düzleminde üretilen veri setinden yararlanarak hiperparametre optimizasyonu, öğrenme aktarımı ve toplamsal beyaz Gauss gürültüsünün (additive white Gaussian noise, AWGN) etkileri araştırılmıştır. Gürültünün etkileri çeşitli çalışmalar ile düşük, orta ve yüksek SNR değerleri seçilerek ya da bu SNR bölgelerini kapsayan bir dizi SNR değeri için incelenmiştir. Temel bulgular bazı modellerin performansının diğerlerine göre üstün olduğunu, CNN tabanlı modellerin yüksek dereceli modülasyon türlerinin ayırt edilmesinde etkili olduğunu ve özellikle düşük SNR durumlarında IQ diyagram düzleminden rθ diyagram düzlemine geçişle beraber sınıflandırma doğruluğunun yükseldiğini göstermiştir. Sonuçlar uygun bir şekilde optimize edildiği zaman DL tekniklerinin modülasyon tanımlama görevleri için geleneksel yaklaşımlara göre daha iyi performans sergilediğini göstermektedir ve dolayısıyla dinamik ve otonom haberleşme sistemleri için potansiyele sahip olduğunu kanıtlamaktadır. Son olarak modülasyon sınıflandırma problemi farklı bir bakış açısı ile bilgi hiyerarşisi özelinde değerlendirilerek veri analitiğine bu problem için yeni bir açı kazandırılmıştır.
IEEE 802.11af standardının bilişsel radyo algılayıcı ağlar için analitik ve benzetim modeli
Bu tez çalışmasında, öncelik sınıflarına sahip veriler için IEEE 802.11af teknolojisi tabanlı bilişsel radyo algılayıcı ağ önerilmektedir. IEEE 802.11af teknolojisinde Beyaz Uzay Cihazı (WSD), İstasyon (STA) ve Erişim Noktası (AP), lisanslı hizmetlere herhangi bir zararlı müdahaleye neden olmadan, televizyon beyaz spektrumu üzerinden fırsatçı bir şekilde iletişim kurar. Önerilen ağ yapısında; WSD'ler, STA ve AP, Beyaz Uzay Haritası (WSM) tarafından belirlenen beyaz alan spektrumu üzerinden iletişim kurmak amacıyla Frekans Bölmeli Çoklu Erişim (FDMA) tekniğini kullanır. WSD, çeşitli ortamlardaki sensörlerden sıcaklık, nem, basınç gibi verileri toplar. Öncelik sınıfı verinin aciliyet durumuna göre kırmızı, sarı ve yeşil olarak belirlenmiştir. Önerilen ağın analitik modeli elde edildikten sonra Riverbed Modeler kullanılarak benzetim modeli gerçekleştirilmiştir. Grafiksel sonuçlar, öncelik bazlı verilerin izlenmesi için herhangi bir spektrum maliyeti olmadan, önerilen ağın gecikme (0,17 s) ve enerji tüketimi (4,7 mJ/s) açısından geçerliliğini ve uygulanabilirliğini kanıtlamaktadır.
Sualtı sensör ağlarının lokalizasyon incelenmesi ve performans analizi
Sualtı kablosuz komünikasyon, sivil ve askeri gözetim alanlarında ve okyanuslar üzerine yapılan araştırmalar alanında geniş bir uygulama sahasına sahiptir. Sualtında ve su üzerinde yer alan düğümlerden oluşan sensör ağlarında, suda komünikasyon amaçlı veri iletimi için ultrared ve infrared kullanılır. Bu tezde, sualtındaki akustik komünikasyon ile ilgili problemlere genel bir bakış ve bu problemlere uygun bazı çözümler sunulmaktadır. Ayrıca mevcut modülasyon yöntemleri incenmekte ve mevcut uygulamalar da bu genel bakışa dahil edilmektedir. Bu bağlamda, sualtı komünikasyonuna dair sistemler tanımlanmakta, komünikasyonu etkileyen parametreler hakkında bilgi verilmekte ve sualtı ortamının davranışı gibi teorik analizler sunulmaktadır. Simülasyon ortamında, bu parametreler için simülasyon çalışması gerçekleştirilir. Bu alanda yapılan en son çalışmalar değerlendirilmekte ve bu çalışmalara dair yorumlar ve analizler sunulmaktadır
Kablosuz algılayıcı ağlarda transport layer çoklu ortam iletişim protokolü
Bu tezde, kablosuz algılayıcı ağlarda veri transfer katmanı ele alınmış ve çoklu ortam verisi iletimi için etkin bir protokol geliştirilmiştir. Geliştirilen protokol çoklu ortam verisinin iletiminden önce kaynak ve hedef düğüm arasında var olan yollardan en az birini bulup sonrasında söz konusu yol veya yollar üzerindeki düğümleri kullanarak asıl verinin hedef düğüme iletilmesini sağlamaktadır. Benzetim aracı olarak OMNeT++ ve Castalia kullanılmıştır. Önerilen protokol, C++ programlama dili kullanılarak geliştirilmiştir. DTSN(Distributed Transport for Sensor Networks) protokolüyle karşılaştırılarak benzetim sonuçları elde edilmiştir. Deneysel sonuçlar geliştirilen protokolün çoklu ortam verisi iletiminde daha başarılı olduğunu göstermiştir.Anahtar Kelimeler : Kablosuz Algılayıcı Ağlar, Çoklu Ortam ?leti?im, Protokol
Dikgen frekans bölmeli çoklu erişim sistemlerinde kanal kestirimi ve performans analizi
Teknolojinin hızla gelişmesine paralel olarak bilgiye her an her yerden ulaşabilme ihtiyacı her geçen gün önem kazanmakta, bununla beraber kablosuz haberleşmede ki veri iletim oranı ve veri iletim hızı talebi de günden güne artış göstermektedir. Bu ihtiyaçları karşılayabilmek için haberleşme sistemlerinde kullanılan tek taşıyıcılı modülasyon sistemleri yerini günümüzde artık çok taşıyıcılı modülasyon sistemlerine bırakmıştır. OFDM (Dikgen Frekans Bölmeli Çoklu Erişim) mevcut frekans spektrumunu alt kanallara bölerek paralel iletim sağlamakta ve veri hızını önemli ölçüde arttırmaktadır. Ayrıca alt kanalların birbirine dikgen olması %50'ye varan bir bant genişliği tasarrufu sağlamaktadır. OFDM' in bu olumlu özellikleri 802.11 (WiFi) ve 802.16 (WiMAX) gibi yeni nesil haberleşme standartlarında yerini almasını sağlamıştır. Dolayısıyla son zamanlarda OFDM sisteminin çoklu yol zayıflamalı frekans seçici kanallarda performansını değerlendiren çalışmalar ağırlık kazanmıştır. Kanal yapılarının zamanla rasgele değişen frekans cevabının kestirilerek tasarlandığı denkleştirici yapıları da bu konuda araştırma konusu olan diğer önemli bir bölümü oluşturmaktadır. Özellikle kanalların semboller arası girişime (ISI) neden olan etkilerine karşı dayanıklılık kazandırmak için yeni yöntemler araştırılmaktadır. Bu yöntemleri değerlendirirken direk görüşlü (LOS) ve direk görüşü olmayan (NLOS) istatistiksel farklı kanal modelleri kullanılarak, kanal parametrelerine göre bit hata oranları (BER) incelenmektedir. Bu çalışmada OFDM tekniğinin kullanımında örnek bir sistem olması ve uygulama alanı bulması nedeniyle 802.11 kablosuz haberleşme standartları incelenmiş, serpiştirici ve kanal kodlama yapıları ele alınmıştır. Rayleigh, Rician, AWGN kanal modelleri üzerinde OFDM sistem yapısı benzetimi gerçeklenmiş ve performansı değerlendirilmiştir. Kanal kestirimi için kullanılan LS, MMSE, LRMMSE algoritmaları karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: OFDM, WiFi, WiMAX, ISI, LOS, NLOS, BER, MMSE, LS, LRMMSE
Kablosuz algılayıcı ağlarda doğru veri iletimi ve servis kalitesi için çoklu yönlendirme algoritması tasarımı
Kablosuz algılayıcı ağlar (KAA) birçok algılayıcı düğümün bir araya getirilmesiyle kapasitesi yüksek ve birçok görevi yerine getirebilen yeni bir ortam olarak tanımlanmaktadır. Günümüzde bu ağların kullanım alanları gitgide artmaktadır. Özellikle askeri alanlar en önemli kullanım alanlarından biridir. Bir noktadan elde edilmek istenen bilginin fiziki ve coğrafi koşullardan ötürü başka bir noktaya iletilmesinin mümkün olmadığı bir ortamda verinin iletilmesi için kablosuz algılayıcı ağlara ihtiyaç duyulmaktadır. Ortam gereği bir bakım ve düzenleme yapmadan sistemin uzun süre hatasız ve en yüksek kalitede çalışması gerekmektedir. Bunun içinde kullanılacak algılayıcıların birbiriyle uyumlu ve minimum iş yükü ile çalışacak şekilde kullanılması gerekir. Bu işbirliği yönlendirme yöntemleri ile sağlanabilmekte ve KAA'ların en önemli sorunlarından birisi olarak görülmektedir. Yönlendirme temel olarak ağ kaynaklarını minimum kullanarak verinin maksimum servis kalitesi ile doğru ve etkin bir biçimde kaynaktan hedefe ulaştırılmasını sağlamalıdır.Bu doktora çalışmasında doğru veri iletimi ve servis kalitesini göz önünde bulunduran bir çoklu yönlendirme modeli geliştirilmiştir. Doktora çalışmasında önerilen model içerisindeki yaklaşımlar, KAA'larda bulunan kısıtlamalara dikkat eden, servis kalitesi elde edecek ve verinin doğru ulaşmasını sağlayacak şekildedir. Bu amaçla yönlendirme için çoklu yollar kullanılarak verinin hedefe gitmesi garanti edilmiştir. Ayrıca çoklu yollar belirlendikten sonraki veri iletim süreci aşaması için yönlendirici düğümlerin işlem yükleri minimum seviyeye indirilerek servis kalitesi elde edilmiştir. Böylece veri iletim sürecinde tüm düğümler verinin iletilmesiyle ilgilenip diğer karar süreçleriyle ilgilenmeyerek etkin bir yönlendirme sağlamış olacaktır. Model içerisinde belirlenen amaçları sağlayacak ayrı algoritmalar oluşturulmuş ve yönlendirme sürecinin her aşamasında farklı servis kalitesi faydaları elde etmek amaçlanmıştır. Bu nedenle bu tez çalışması mevcut sınırlı kaynakları en verimli şekilde kullanarak KAA'ların servis kalitesi gereksinimlerini karşılayacak bir yöntem sunmaktadır.Geliştirilen algoritma hem benzetim ortamında hem de deney seti üzerinde çalıştırılarak önerilen yöntemin doğruluğu ortaya konulmuştur. Bu algoritma ile algılayıcı sayısından bağımsız olarak %90'ın üzerinde bir doğru veri iletimi ve servis kalitesi elde edilmiştir.
Telsiz duyarga ağlarda enerji farkındalıklı yönlendirme mimarisi tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Yeni teknolojik gelişmelerin ışığında, bir ağ üzerinde büyük ölçekli bilgileri toplamak ve işbirliği yöntemleri ile hedefe ulaştırmak için küçük boyutlarda, çok sayıda algılama ve iletişim yeteneğini içinde barındıran, programlanabilen duyarga elemanları tasarlanabilmektedir. Çok sayıda duyarga düğümünün bir araya gelerek farklı konumlardaki sıcaklık, ses, basınç, hareket, kirlilik vb. gibi fiziksel veya çevresel koşulları işbirliği ile uzak bir noktadan izlemek için oluşturduğu ağ, telsiz duyarga ağ olarak bilinmektedir.Telsiz duyarga ağların geniş uygulama alanları olmasına rağmen sınırlı enerji kaynakları, ağ içinde kullanılan duyarga düğümlerin sınırlı hesaplama ve sınırlı haberleşme yeteneklerinin olması, yapılan uygulamalara birçok kısıt getirmektedir. Kaynakların sınırlı olması doğrudan telsiz duyarga ağın yaşam ömrünü etkilemektedir. Bu nedenle telsiz duyarga ağların enerjisini verimli kullanacak çalışmalar büyük önem taşımaktadır.Bu doktora çalışmasında telsiz duyarga ağlar için enerji farkındalıklı yönlendirme mimarisi önerilmiştir. Önerilen yönlendirme mimarisi telsiz duyarga ağlarda bir kaynak düğümden bir hedef düğüme veri iletimi için gerekli olan mekanizmaları oluşturmaktadır. Mimari yapıda öncelikle kaynak düğüm ile hedef düğüm arasındaki duyarga düğümler ile oluşturulacak tüm olası yolların keşfi gerçekleştirilmektedir. Bir sonraki aşamada ise bulunan yollar içinden telsiz duyarga ağ için ağ yaşam ömrü açısından en etkin yolun seçilmesi ve seçilen yol üzerinden kaynak düğüm ile hedef düğüm arasında iletişimin kurulması sağlanmaktadır. Önerilen yönlendirme mimarisinde belirlenen yol ve diğer yolların etkinliğini izlenerek etkinliğini yitiren yol yerine yeni yol üzerinden kaynak düğüm ile hedef düğüm arasındaki iletişimin sürdürülebilirliği gerçekleştirilmektedir. Sistem içerisindeki her bir mekanizma enerji tüketimini azaltmak, başarılı paket başına enerjiyi makul seviyelerde tutmak ve ağ yaşam ömrünü uzatmak için birer görev üstlenmektedir.Sonuç olarak doktora tez çalışmasında önerilen telsiz duyarga ağlarda enerji farkındalıklı yönlendirme mimarisi hem benzetim hem de laboratuvar ortamında test edilmiş, geliştirilen mimari ve mimari yapının içindeki tüm mekanizmaların başarısı ortaya konmuştur.
EKG işaretinin cep telefonu ile iletilmesi
Gerçekleştirilen sistem sayesinde hastanın evden çıkmadan bir uzman tarafından takibi sağlanmaktadır. Böylece kişinin hastane dışından sağlık bilgileri takip edilmekte ve olası sorunlara karşı erken müdahale edilebilmektedir.Bu çalışmada kollar ve bacaktan elektrotlarla alınan EKG (Elektrokardiyogram) bilgisi yükseltilerek işlenebilir sinyallere dönüştürülmektedir. Analog olan EKG sinyali bir mikroişlemci yardımıyla sayısal işarete çevrilerek Bluetooth modüle aktarılmaktadır. EKG verisi Bluetooth ile cep telefonuna gönderilmekte ve EKG Çizici Programı aracılıyla EKG sinyalinin görüntülenmesi ve cep telefonundaki verinin başka bir telefona aktarılması sağlanmaktadır.
Mobil kablosuz ağlarda veri kayıplarının simulasyon ortamında farkedilebilir hale getirilmesi
Bu çalışmada, mobil plansız ağlarda (Mobile Ad-Hoc Network - MANET) paket iletimi esnasındaki veri kaybına neden olan çarpışmaların nedeni araştırılmış ve bu çarpışmaların gerçek ortama uyarlama amacıyla simülasyonu yapılırken tam olarak dikkate alınmadığı tespit edilmiş ve bu durum simülasyon ortamında yapılan değişikliklerle gerçek duruma uygun hale getirilmiştir. Bunun için oluşturulan topoloji, mobil bir düğüm, yönlendirme mekanizması ve ağ inşa etmek için gerekli olan ağ bileşenlerinden oluşmaktadır. Bu bileşenler özetle kanal, ağ arabirimi, radyo yayılım modeli, MAC iletişim kuralı, kuyruk arabirimi, bağ katmanı ve adres çözümleme iletişim kuralını kapsamaktadır. Bu modelin oluşturulması için ağ simülatör aracı NS2'den yararlanılmış ve kablosuz ağlardaki karışıklığa neden olduğu bilinen gizli düğüm (hidden node), örtülü düğüm (masked node) ve düğümler arasında ortaya çıkan birbirini engelleme (blocking) etkisi problemleri simülatör üzerinde irdelenmiştir. Sonuç olarak, simülatörde, bir düğümün veri iletiminde kullandığı eşik değerler; gönderme isteği eşiği (MAC_RTSThreshold), taşıyıcı algılama eşiği (CSThresh_) ve alıcı eşiği (RXThresh_) ile tespit edilemeyen veri paketi çarpışması sorunu, yapılan değişikliklerden sonra elde edilen parametreler ile fark edilebilir hale getirilmiştir.
Deep learning based resource allocation for ultra-reliable communications in wireless control systems
Wireless Networked Control Systems (WNCSs) play an important role in fifth-generation (5G) and sixth-generation (6G) networks to support mission-critical applications, such as Internet of Things (IoT), Remote Driving, and Collaborative Robots (Cobots). WNCS design demands consideration of both control and communication systems requirements to guarantee the broadcasting of reliable control commands at low latency from the controller to the actuators. In the first part of the thesis, a joint optimization of control and communication systems in the Finite Blocklength (FBL) regime is devised with the objective of minimizing the total power consumption by optimizing the sampling period of the control system, blocklength, and packet error probability of the communication system. Then, the optimization framework is simplified using optimality conditions to only one decision variable of blocklength. Then, the new optimization problem is fed to an online Deep Reinforcement Learning (DRL) algorithm to be trained, and the changing wireless environment is learned, executing optimal results. Second, a diffusion model, specifically the Denoising Diffusion Probabilistic Model (DDPM), is proposed to allocate resources for WNCSs. The optimization framework is utilized to collect a dataset of Channel State Information (CSI) and its corresponding optimal blocklength values. Then, the dataset is used to train the DDPM-based model to learn the complex distribution of the solution and the environmental parameters and generate optimal blocklength values based on the CSI as conditional information. The proposed schemes perform close to the optimization theory-based solution and outperform the previously proposed benchmarks, demonstrating superior performance in total power consumption and avoiding critical constraint violations.
Ayarlanabilir akustik katmanlı, sürekli tansiyon izlemeye yönelik tam entegre giyilebilir ultrason sistemi
Wearable ultrasound devices hold significant potential for physiological monitoring, yet most existing devices require bulky benchtop instruments, which limit their use outside experimental or clinical settings. This thesis proposes a miniaturized, fully integrated wearable ultrasound system (FIWUS), including an optimized ultrasound transducer with tunable acoustic layers and custom electronics. As the first novel epoxy-polyetheramine composite design platform, this thesis establishes a guideline for tailoring the acoustic matching and backing layers for wearable ultrasound technology, enabling control over transducers' electrical, acoustic, and mechanical properties. A dedicated power management module generates multiple voltage rails from a compact Li-Po battery to support fully autonomous operation. The FIWUS frontend module interfaces the wearable ultrasound transducer with a programmable and T/R switch-integrated high-voltage pulser. At the same time, pre-conditions, digitize, and wirelessly transmit the acquired ultrasound signals to the host computer in real-time. FIWUS achieves low power consumption, enabling long-term and continuous physiological monitoring. The developed signal processing algorithms for Motion Mode (M-Mode) imaging and blood pressure estimation can track and quantify the arterial wall pulsations through in vivo validation. This work establishes a comprehensive design and implementation framework for the next generation wearable ultrasound technology, spanning from the acoustic layer optimization, and ultrasound transducer simulation and fabrication to fully integrated electronics hardware development and physiological signal processing algorithm design. The proposed FIWUS provides a robust pathway toward hands- and operator-free, autonomous, wireless, and continuous health monitoring applications by overcoming the limitations of external hardware dependence.
ZigBee teknolojisinin araştırılması ve biyomedikal işaretlerin iletimine ilişkin örnek bir uygulama
Bu tez çalışmasında, kablosuz sensör ağlarında veri iletilimi kapsamında öncelikle tercih edilen ZigBee teknolojisi tanıtılmış ve ZigBee tabanlı biyomedikal işaretlerin iletimine ilişkin örnek bir uygulama gerçekleştirilmiştir. ZigBee teknolojisi konusunda Türkçe kaynak sıkıntısının olması bizi bu tez çalışmasının gerçeklenmesine motive etmiştir. Örnek uygulama olarak sıcaklık ve kalp hızı nabız sensörlerinden alınan biyomedikal işaretlerin ZigBee modüllerden oluşan bir kablosuz ağ üzerinden uzaktaki merkezi birime iletilmesi gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ilk kısmında ZigBee teknolojisi hakkında kapsamlı bir inceleme yapılıp; ZigBee kavramının temelleri, ZigBee ağ yapısı, ZigBee protokolleri, ZigBee teknolojisinin uygulama alanları ve ZigBee tabanlı ağların mevcut diğer ağ teknolojileri ile karşılaştırılıp avantaj ve dezevantajları incelenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında örnek uygulamada kullanılan ZigBee modüller, biyomedikal sensörler ve diğer ekipmanlar tanıtılmıştır. ZigBee modül olarak Digi firması tarafından üretilen XBee 2mw Kablo Anten Seri2 (ZigBee Mash ) modüller kullanıldı. Sıcaklık işareti için LM35 anolog sıcaklık sensörü, kalp hızı nabız işareti için ise Sparkfun firmasının ürettiği sensör kullanıldı. Bu iki sensörden elde edilen işaretler mikro işlemci tarafından işlenip, gönderici ZigBee modülü üzerinden ağ kordinatörü olarakta görev yapan uzaktaki alıcı ZigBee modülüne kablosuz olarak iletildi. Alıcı kordinaör ZigBee modülünden alınan işaretler konsol üzerinden ekrana yazdırıldı. Çalışmanın son kısmında ZigBee modüller ile kablosuz ağ kurmanın kolaylığı ve esnekliğini göstermek üzere, modüllerin konfigre edilebilen tüm parametreleri incelenmiştir.
Yüksek rakımlı platform istasyonlarda (HAPs) yayılım modellemesi ve başarım analizi
Kablosuz gezgin haberleşme servislerinde, yüksek veri hızı taleplerindeki sürekli artış, daha yenilikçi ve daha çok isteğe cevap verebilen haberleşme altyapılarına ihtiyacı da arttırmıştır. Karasal yer tabanlı sistemler ve uydu sistemleri, gezgin haberleşme servislerini sağlamada kullanılan sistemlerdir.Hem karasal yer tabanlı sistemlerin hem de uydu sistemlerinin birtakım dezavantajlarına çözüm olarak ve hücresel haberleşme teknolojisine yenilikçi bir bakış açısı olarak "Yüksek Rakımlı Platform İstasyon (High Altitude Platform Station-HAPs) " teknolojisi karşımıza çıkar. Bu nedenle bu alanda yoğun çalışmalar yapılmaktadır.Bu tezde HAPs (Yüksek Rakımlı Platform İstasyon) sistemlerinde yayılım modellemesi ve kanal başarımı üzerinde çalışılmıştır. Yükselme açısı modelin en önemli parametresidir. Olası yayılım ortamları, Yarı kent (SU), Kent (U), Yoğun kent (DU) ve Yüksek yapılı (Metropol) kent (UHR) olmak üzere dört gruba bölünmüştür. Bu gruplar bilinen istatistiksel modeller kullanılarak yükselme açısına bağlı olarak modellenmiştir. Modeldeki temel parametreler yükselme açısı, Rayleigh-Rice yayılım katsayıları ve sönümleme derinliğinin başarım yüzdesi olmuştur. Model parametrelerinin etkilerini gözlemlemek için sönümleme derinliği ile parametreler arasındaki ilişki katsayıları hesaplanmıştır. Aynı zamanda yükselme açısının ve her bir yükselme açısına karşılık gelen sönümle derinliklerinin toplam alandaki olasılık dağılımı hesaplanmış ve yükselme açısına bağlı bir dağılım fonksiyonu olarak ifade edilmiştir.Sonuç olarak oluşturulan sönümleme modeli serbest uzay yol kaybı ile birleştirilerek, 2-6 GHz frekans bandında, HAPs için olası dört yayılım ortamında toplam yol kaybı modelleri oluşturulmuştur. Bunun ardından, mevcut her bir yayılım ortamı için farklı durumlarda kanal başarım analizi yapılmıştır.
Kablosuz sensör ağlarının karasal hudut güvenliğinde kullanılması hakkında bir öneri
Hudut güvenliği bir ülkede yaşayan insanlar ve ülke için hayati bir öneme sahiptir. Bunun sonucu olarak dünyadaki bütün ülkeler sınırlarının güvenliğini arttırmak için çeşitli yollara başvurmaktadır. Aynı zamanda diğer taraftan bakınca hudut güvenliğini arttırmak ciddi bir ekonomik yükü de beraberinde getirir.Amacım bu tezde Türkiye sınırlarının daha iyi korunması ve illegal girişleri en aza indirilmesi için teknolojinin nasıl kullanılabileceğini ortaya koymaktır. Bu amaca ulaşmak için öncelikle Türkiye'nin hali hazırdaki hudut güvenliğini inceledim, bunun aksaklıklarını ortaya koydum. İllegal girişleri tespit etmek için gerekli insan müdahalesi gerektirmeyen kablosuz sensör ağlarını inceledim. Bu sistemin bileşenlerini inceledim ve nasıl hayata geçirileceğini açıklamaya çalıştım. İnsanı, askeri ve aracı algılayabilecek ve farkını anlayabilecek bir sensör çeşidi sunmaya çalıştım.Tezimde geçen sınır kavramlarının tamamı kara sınırlarıdır. Hava yada kara sınırları bu tezin ilgi alanı dışındadır.
Telsiz haberleşmesinde uyarlanır hüzme şekillendirme
öz telsiz haberleşmesinde uyarlanır huzme şekillendirme Çakır, Oğuzhan Yüksek Lisans Tezi,Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Yrd. Doç. Dr. Aysel ŞAFAK Eylül 2003 Bu tezde, telsiz haberleşme sistemlerinin başarım ve kapasitesini arttırmada uyarlanır huzme şekillendirmenin yararlan incelenmiştir. Bu çalışmada düzgün lineer dizi (ULA) geometrisine sahip bir uyarlanır huzme şekillendirici kullanılmış ve başarımı bilgisayar simülasyonları ile değerlendirilmiştir. Aynı zamanda en küçük ortalama kareler (LMS), tekrarlayan en küçük kareler (RLS) ve doğrudan örnek kovariyans matrisini tersleyen (DMI) uyarlanır dizilerle uyarlanır huzme şekillendirmenin gerçekleştirilebilmesi için gerekli teknikler tanımlanmıştır. Pratik zorluklan bilinen DMI algoritmasının LMS algoritmasından daha hızlı yakınsadığı görülmüştür. DMI algoritması iki temel probleme sahiptir: (1) VLSI'ın kullanımı nedeniyle kolayca üstesinden gelinemeyecek hesaplama karmaşıklığı ve (2) sonlu aritmetik duyarlılık kullanımının ve büyük bir matrisin terslenme gereksiniminin yarattığı sonuçlardaki sayısal kararsızlık. Telsiz haberleşme sistemlerinin başarım ve kapasitesinde önemli iyileşmeler sağlayan uyarlanır diziler ile çeşitleme sistemleri arasında karşılaştırma yapıldı. İstenen ve girişim yapan sinyaller Rayleigh/Rician sönüme uğradığında uyarlanır dizilerin basanınım saptamada analitik ve bilgisayar simülasyon tekniklerini kullandık. Sonuçlar, uyarlanır huzme şekillendirme yönteminin maksimum oranda birleştirme yönteminden girişimci sayışırım anten sayısından daha fazla olduğu durumlarda bile belirgin olarak daha iyi olduğunu göstermektedir. Telsiz haberleşme sistemleri için sonuçlar uyarlanır huzme şekillendirmenin alıcıda sinyal-girişim oranım birkaç desibel arttırdığını göstermektedir. Telsiz haberleşme sistemleri kanal kapasitesinde elde edilen artışnedeniyle daha büyük frekans tekrarlama aralığı dolayısıyla daha az sayıda baz istasyon anten gereksinimi duyarlar. Telsiz haberleşme sistemlerinde uyarlanır huzme şekillendirmenin maksimum oranda birleştirme' den daha yüksek başarım sağladığı ve daha az sayıda anten gerektirdiği görülmüştür. Son olarak, telsiz sistemlerinde uyarlanır huzme şekillendirmenin LMS, RLS ve DMI uyarlanır dizilerle nasıl gerçekleştirilebileceği belirtildi. Uyarlanır huzme şekillendirmenin sayısal telsiz sistemlerinin kanal kapasitesini ve başaranını arttırmada öneme sahip olduğu gözlendi. Anahtar Kelimeler: Uyarlanır huzme şekillendirici, Uyarlanır algoritmalar, Uzaysal-çeşitlemeli birleştirme teknikleri. m
Radyoterapi dozimetrisinde anlık verilerin sayısal ve kablosuz yolla taşınması
Bu çalışmada, radyoterapi dozimetri sistemlerinde triaksiyel kablodan kaynaklı ölçüm hatalarının azaltılması için dozimetri sisteminde elde edilen analog bilginin terapi odası dışına sayısal ve kablosuz yolla taşınmasını sağlayan bir sistem geliştirilmiştir.Geliştirilen sistemle mevcut sistemde kullanılan triaksiyel kablonun, analog veriyi uzun mesafe taşıyarak sinyal kayıplarına yol açma, ortam şartlarından etkilenme (radyo frekansı ve elektromanyetik alan vb.), sık kalibrasyon gerektirme, kullanım şartları ve zamanla hasar görebilme, pahalı olma gibi dezavantajlarını ortadan kaldıran, kurulum kolaylığı getiren, sayısal veri taşıma özelliği sayesinde veri kayıplarını sıfıra indiren bir yöntem bulunması amaçlanmaktadır.Yöntemin ilkesi, iyon odasını triaksiyel uzatma kablosu kullanmadan elektrometreye bağlamak, elektrometre çıkışında veriyi sayısal alıp oda dışına kayıpsız şekilde kablosuz olarak taşımak ve aynı sayısal hat ile elektrometreyi de kontrol etmektirSayısal verinin taşınması için ethernet protokolü kullanılmıştır. Bu şekilde RS232 protokolünün ulaşamayacağı hız ve mesafelere güvenli şekilde ulaşmak mümkün olmuştur. Ayrıca ethernet protokolü kablosuz iletişim içinde çok uygun bir protokoldür. Bu sistemle oda dışındaki bilgisayar kablosuz ağ yardımıyla elektrometreye komut verebilir ve elektrometreden verileri alabilir. Çok büyük bir kurulum kolaylığı getirmesinin yanında bu sistemle veriler doğrudan bilgisayara kaydedilebilir ve yol boyunca dış etmenlerden dolayı sinyal kaybına uğramaz. Değişken ortam şartlarından hiç etkilenmediği için de kalibrasyon gerektirmemektedir. Triaksiyel kabloya oranla çok ucuz bir sitemdir. Veriler sayısal yolla iletildiği ve her paket kontrol edildiği için triaksiyel kabloda olduğu gibi zamanla yıpranması, hasar görmesi gibi nedenlerle hatalı veri iletmesi mümkün değildir.
Analysis and design of synchronous/asynchronous cooperative communication systems
The main objective of this thesis is to analyze and develop practical cooperative communication schemes considering synchronization issue. The initial research is on distributed application of turbo and multilevel codes via user cooperation. For distributed turbo coded cooperative scheme an upper bound on bit error rate is expressed for fading channels incorporating the erroneous inter-user transmission in the analysis. For multilevel coded cooperative scheme, orthogonal signaling is employed in order to embed the data of both users in single symbol and detect independently at the destination. The multilevel coded cooperative system is shown to attain the performance of non-cooperative counterpart employing two transmit antennas.The second research direction is on low density parity check coded cooperative communication over wireless relay channel. The performance of decode-and-forward (DF) protocol is compared with both detect-and-forward (DetF) and amplify-and-forward (AF) protocols for fading channels. Finally, asynchronism is introduced on relay channel by assuming a time delay and phase offset between source and relay transmission. Information theoretical analysis is realized initially and a receiver, employing maximum a posteriori probability type detector, is proposed. The asynchronous system employing the proposed receiver is shown to even outperform synchronous system for additive white Gaussian noise channel. However a small performance loss, which even vanishes for small relative delay values, is observed for fading channel. As an alternative to complex MAP type detector, a reduced complexity minimum mean square error type of detector is proposed.
Real time acquisition and wireless transmission of ECG signal
Wireless communication technologies have been used in many areas of our lives recently. In addition to its many applications in communication sector, it has been started to use in biomedical sector, nowadays. There are many applications called as telemetry in this area. In this study; we aimed to find new solutions for some difficulties in the biomedical applications by using wireless systems. With this aim, a mobile ECG acquisition circuit was designed. ECG signals obtained from the circuit were transmitted to the main computer by using RF technology. Then, transmitted ECG signals were drawn graphically on the main computer?s screen. Realized system consists of four main parts such as; ECG acquisition circuit, RF transmitter circuit including ADC, RF receiver circuit, and computer software. The system has a structure which can be developed easily. So, the system will be able to be converted into a complex system which can be used for several medical signals and for several patients simultaneously by some improvements which will be done in the future on both for the hardware and the software. Keywords : ECG, wireless, RF, telemetry, biomedical
Çok röleli serbest uzay optik haberleşme sistemlerinin başarım analizi
Free space optical (FSO) communication has attracted a great attention in recent years because of their high bandwidth capacity in unregulated spectrum which makes them a cost-effective and easy-to-install alternative to fiber optics. Moreover they provide high immunity to interference and jamming due to directional and narrow beams. FSO systems are appealing for number of applications including last-mile access, fiber back-up, back-haul for wireless cellular networks, and disaster recovery among others. The major degrading factor in these systems is atmospheric turbulence induced fading particularly for long range links. Relay-assisted FSO systems provide significant performance gains by using the advantage of shorter hops and the fact that fading variance is distance dependent in FSO channels. In this thesis, we investigate the performance of multi-relay FSO systems in various settings. In the first part of thesis, we consider an all-optical relaying system to remove the need for optical -electrical- optical conversions. We explore the benefits of relay selection and investigate its outage performance over Gamma-Gamma distributed turbulence channels. In the second part of thesis, we assume that source is equipped with multiple transmit apertures employing the so-called spatial pulse position amplitude modulation (SPPAM). We investigate an upper bound for bit error rate of this system with multiple parallel relays over log-normal distributed channels.