kablosuz sensör ağlar ve uygulamaları

Kablosuz Sensor Aglar Uygulama Ornekleri Sonuc

Kablosuz Sensor Aglar ve Uygulamaları

Tahir Emre KALAYCI

Ege Universitesi Bilgisayar Muhendisligi Bolumu

11 Subat 2008

Kablosuz Sensor Aglar ve Uygulamaları Ege Universitesi Bilgisayar Muhendisligi Bolumu


Kablosuz Sensor AglarSensor DugumuKablosuz Sensor Aglar

Uygulama Ornekleri

Sonuc



Kablosuz Sensor AglarI Donanım ve kablosuz sistemlerdeki gelismeler dusuk maliyetli,

dusuk guc tuketimli, cok islevli minyatur algılama aygıtlarınınuretilmesine olanak saglamıstır.

I Bu aygıtlardan yuzlercesi, binlercesi yardımıyla ad-hoc aglarolusturulabilmektedir.

I Bu aygıtlar genis bir cografyaya dagıtılarak kablosuz, ad-hocbir ag olusturulmaktadır. Bu dagıtılan ve agı olusturansensorler isbirligi yaparak bir algılama ag sisteminiolusturmaktadır.

I Bilgiye her an, her yerden kolayca erisilmesini saglar.I Veriyi toplayarak, isleyerek, cozumleyerek ve yayarak yerine

getirir. Boylece ag, etkin bir sekilde zeki bir ortamolusmasında rol oynamıs olur.



Kablosuz Sensor Aglar



Sensor Dugumu

Sensor Dugumu



Sensor Dugumu

Sensor Dugumu

I Hesaplama, algısal bilgi toplama ve agdaki diger baglantılıdugumlerle haberlesme yeteneklerine sahip dugumlerdir.

I Bilesenleri : Mikrodenetleyici, Alıcı-verici, Dıssal Bellek, GucKaynagı, Sensorler



Sensor Dugumu

Sensor Dugumu Bilesenleri



Sensor Dugumu

Mikrodenetleyici

I Mikrodenetleyici gorevleri yapar, veriyi isler ve sensor dugumicerisindeki diger bilesenlerin islevselligini denetler.



Sensor Dugumu

Alıcı-vericiI Sensor dugumleri ISM (“industrial, scientific and medical

radio band“) bandını kullanır.I Genis dalga kusagında ve global elverislilikte ozgur radyo

yayını saglanmıs olur.I Kablosuz iletim ortamlarında tercihler radyo frekansı, optik

iletisim (lazer) ve kızılotesidir.I Lazer daha az enerji gerektirir, ancak iletisim icin gorus alanı

gerektirir ve atmosferik kosullara duyarlıdır.I Kızılotesi lazer gibidir, anten gerektirmez ancak yayım

kapasitesi olarak sınırlıdır.I Radyo frekansı (RF) tabanlı iletisim cogu WSN uygulaması

icin uygun olan iletisim seklidir.I WSN’ler 433 MHz ve 2.4 GHz arasındaki iletisim frekanslarını

kullanırlar.Kablosuz Sensor Aglar ve Uygulamaları Ege Universitesi Bilgisayar Muhendisligi Bolumu


Sensor Dugumu

Alıcı-verici

I Alıcı-verici tek bir aygıt seklindedir.

I Islemsel durumlarI Iletme (Transmit)I Alma (Receive)I Bos (Idle)I Uyku (Sleep)

I Yeni nesil radyolar bu islemi otomatik olarak gerceklestirengomulu durum makinelerine sahiptir.



Sensor Dugumu

Dıssal Bellek

I Enerji bakıs acısından yaklasıldıgında, en uygun bellek cesitlerimikrodenetleyici cipi uzerindeki bellek ve FLASH belleklerdir.

I FLASH bellekler maliyeti ve depolama kapasitesi nedeniylekullanılmaktadır.

I Depolamanın turune gore iki farklı bellek kategorisindenbahsedilebilir:

I Uygulamayla ilgili veya kisisel bilgileri saklamak icin kullanılanKullanıcı bellegi,

I Aygıtın programlanması icin kullanılan Program bellegi, bubellek ayrıca eger varsa aygıtın tanımlayıcı verisini icerebilir.



Sensor Dugumu

Guc Kaynagı

I Sensor dugumundeki enerji tuketimi algılama, iletisim ve veriisleme nedeniyle olmaktadır.

I Sensor dugumunde veri iletisimi icin daha fazla enerjigerekmektedir. Algılama ve veri isleme icin enerji tuketimidaha azdır.

I 1 Kb veriyi 100 metrelik bir uzaklıga iletmek icin gerekenenerji, yaklasık olarak saniyede 100 milyon komut isleyen birislemcide 3 milyon komut islemek icin gereken enerjiye esittir.

I Enerji pil veya kapasitorler icerisinde saklanmaktadır.

I Gunumuzdeki sensorler yenilenebilir enerji kaynaklarını da(gunes enerjisi, ısı enerjisi, titresim enerjisi vb.) kullanabileceksekilde gelistirilmektedir.



Sensor Dugumu

Guc Koruma

I Kullanılan en onemli iki guc koruma politikası vardırI Devingen Guc Yonetimi (Dynamic Power Management DPM):

Kullanılmayan veya etkin olmayan parcaları kapatma gorevinigerceklestirir,

I Devingen Voltaj Olceklendirme (Dynamic Voltage Scaling -DVS): DVS yaklasımı determinist olmayan is yukune baglıolarak guc seviyeleri arasında gecisler yaparak calısır. Voltajıfrekans ile birlikte degistirerek guc tuketiminde kuadratikazalmalar saglamak mumkundur.



Sensor Dugumu

Sensorler

I Sıcaklık, basınc gibi fiziksel durumlardaki degisimlereolculebilir tepkiler uretebilen donanım aygıtlarıdır.

I Sensorler gozlemlenecek alanın fiziksel verisini olcer veyaalgılarlar.

I Sensorler tarafından algılanan surekli analog sinyaller”Analog-to-Digital” ceviriciler yardımıyla sayısallastırılarakdenetleyicilere daha fazla islem icin gonderilir.

I Sensor dugumleri kucuk boyutlarda, dusuk enerji tuketimli,yuksek hacimsel yogunluklarda calısabilen, otonom vegozetimsiz calısan, ortama uyum saglayabilen ozelliklere sahipolmalıdır.



Sensor Dugumu

Sensor KategorileriI Pasif, her yone acık (yonsuz) sensorler: Pasif sensorler ortamı

aktif arastırma ile degistirmeden verileri toplayan sensorlerdir.Kendi enerjilerine sahiptir, enerji analog sinyali yukseltmek icingereklidir. Bu olcumlerde ”yon” seklinde bir kavram yoktur.

I Pasif, dar ısınlı sensorler: Bu sensorler pasiftir ancak iyitanımlanmıs olcum yonu kavramına sahiptir (Orn: Kamera).

I Aktif sensorler: Bu gruptaki sensorler ortamı aktif olarakarastırırlar (Orn: Sonar veya radar sensorleri, kucukpatlamalarla sok dalgaları ureterek calısan bazı sismik sensortipleri).

WSN’lerdeki kapsayıcı teorik calısmalar Pasif, yonsuz sensorlerikastetmektedir. Her sensor dugumu belirli bir kapsama alanınasahiptir. Bu kapsama alanındaki gozlemlerini guvenilir ve dogru birsekilde raporlayabilir.



Sensor Dugumu

Sensorlerdeki Guc Tuketim Kaynakları

I Sinyal ornekleme ve fiziksel sinyalleri elektrik sinyallerinecevirme

I Sinyal iyilestirme

I Analog-to-Digital cevirme




Kablosuz Sensor Aglar Nedir?

Kablosuz Sensor aglarının ozellikleri

I Guvenilirlik

I Dogruluk

I Esneklik

I Maliyet verimliligi

I Kurulum kolaylıgı




Kablosuz Sensor Aglar Nedir?

Kablosuz Sensor agları ne yapar?

I Bilgi toplama

I Bilgi isleme

I Izleme

I Gozleme




Habitat Izleme Sensor Agı Ornegi




Sıraduzensel Sensor Aglar




Sensor Aglarının ZorluklarıI Sensor aglarının topolojisi cok sık degisir.I Noktadan noktaya iletisime dayanan aglarda yayım iletisim

paradigmasını kullanır.I Cok kısıtlı guc, hesaplama yetenegi ve hafızaya sahiptirI Bozulmaya yatkındır.I Cok fazla yukten dolayı genel kimlik (ID) sahibi olmayabilirI Cok fazla sayılarda kurulur, bu nedenle kalabalıktan

kaynaklanan tıkanma ve carpısmalar olabilir. Onlemek icinbirbirine yakın sensorler eszamanlı iletisim yapmamalıdır.

I Ad-hoc yerlestirilmis sistemin, sonuc dagıtım ve dugumlerinbaglantılılıgını (connectivity) tanımlaması ve saglaması gerekir.

I Devingen ortam durumları, sistemin zamanla baglantılılık vesistem uyarımını uyarlamasını gerekli kılar.




Sensor Aglarının Gereksinimleri

I Fazla sayıda sensor

I Dusuk enerji kullanımı

I Dusuk bellegin verimli kullanımı (verimli bellek kullanımı)

I Veri toplama

I Ozorgutlenme

I Isbirlikci sinyal isleme

I Sorgulama yetenegi

I Dusuk maliyet




Sensor Aglarının Mimarisi




Sensor Agları Calısma Ornegi



Uygulama OrnekleriI Habitat (bitki, hayvan) izleme ve cevresel gozlem, hava

durumu tahminleme sistemleriI Saglık uygulamaları (hasta, doktor takibi, hasta fizyolojik

psikolojik durum izleme, vb.)I Enerji tedarik ve aktarma sistemleri (uretim, dagıtım, tuketim

yapılarında)I Ev ve ofis uygulamaları (zeki anaokulu ornegi var

[Srivastava:2001])I Uzak yerlerin, konumların cozumlenmesi (tornado hareketi,

orman yangın tespiti, vb.)I Genis bir metropol alanındaki taksilere sensorler yerlestirilerek

trafigin gozlenmesi ve bu gozlemlere dayanarak rotaların etkinplanlanması



Uygulama Ornekleri

I Bir park yerindeki bos ve dolu alanların sensor aglarıylabelirlenmesi

I Kablosuz gozetim sensor aglarıyla alısveris merkezi, arabagarajı veya benzeri tesislerde guvenlik saglama

I Dusman hareketlerini belirleme, bulmak ve izlemek icin askerisensor aglar

I Terorist saldırılara karsı tetikteligi arttıran sensor aglar

I Ortam kirliliklerinin belirlenmesi, uzak yerlerin gozlenmesi,musteri davranıslarının izlenmesi, ....



Sonuc

I Genis bir yelpazede kullanılabilir

I Askeri uygulamalar kadar doga koruma amacıyla kullanılabilir

I RFID konusunda oldugu gibi insanların kisisel hak vehurriyetlerine dikkat etmek gerekiyor



Tesekkurler! Sorular?



KaynaklarI Karl, H. and Willig, A.; ”Protocols and Architectures for

Wireless Sensor Networks”, Wiley, (May 2005)I Tubaishat, M.; Madria, S., ”Sensor networks: an overview,”

Potentials, IEEE , vol.22, no.2, pp. 20-23, April-May 2003I Ning Xu, A Survey of Sensor Network Applications, University

of Southern California. Available fromhttp://courses.cs.tamu.edu/rabi/cpsc617/resources/sensor%20nw-survey.pdf ,2002.

I Srivastava, M., Muntz, R., and Potkonjak, M. 2001. Smartkindergarten: sensor-based wireless networks for smartdevelopmental problem-solving environments. In Proceedingsof the 7th Annual international Conference on MobileComputing and Networking (Rome, Italy). MobiCom ’01.ACM, New York, NY, 132-138. DOI=http://doi.acm.org/10.1145/381677.381690



KaynaklarI I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci.

Wireless Sensor Networks: A Survey. Computer Networks,38(4):393–422, March 2002.

I Vieira, M.A.M.; Coelho, C.N., Jr.; da Silva, D.C., Jr.; daMata, J.M., ”Survey on wireless sensor network devices,”Emerging Technologies and Factory Automation, 2003.Proceedings. ETFA ’03. IEEE Conference , vol.1, no., pp.537-544 vol.1, 16-19 Sept. 2003

I Sensor node - Wikipedia, the free encyclopedia, Erisim adresi :http://en.wikipedia.org/w/index.php?oldid=263854165 ,2009.

I S. Tilak, N. Abu-Ghazaleh, and W. Heinzelman, “ATaxonomy of Wireless Micro-Sensor Network Models,” ACMMobile Computing and Communications Review (MC2R),Volume 6, Number 2, April 2002.

I Anna Hac, “Wireless Sensor Network designs”, John Wiley &Sons, 2003

I Yıldırım, K.S., Kalaycı, T.E., Ugur, A., “Optimizing Coveragein a K-Covered and Connected Sensor Network Using GeneticAlgorithms”, 9th WSEAS International Conference onEVOLUTIONARY COMPUTING (EC’08), Sofia, Bulgaria,May 2-4, 2008.


kablosuz sensör ağlar ve uygulamaları

Technology