Kablosuz sensör ağlar ve uygulamaları

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Tahir Emre KALAYCI ¨ Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u 11 Subat 2008 ¸ ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kablosuz Sens¨r A˘lar og Sens¨r D¨˘um¨ o ug¨ u Kablosuz Sens¨r A˘lar og ¨ Uygulama Ornekleri Sonu¸ c ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kablosuz Sens¨r A˘lar og Donanım ve kablosuz sistemlerdeki geli¸meler d¨¸uk maliyetli, s us ¨ d¨¸uk g¨¸ t¨ketimli, ¸ok i¸levli minyat¨r algılama aygıtlarının us¨ uc u c s u uretilmesine olanak sa˘lamı¸tır. ¨ g s Bu aygıtlardan y¨zlercesi, binlercesi yardımıyla ad-hoc a˘lar u g olu¸turulabilmektedir. s Bu aygıtlar geni¸ bir co˘rafyaya da˘ıtılarak kablosuz, ad-hoc s g g bir a˘ olu¸turulmaktadır. Bu da˘ıtılan ve a˘ı olu¸turan g s g g s sens¨rler i¸birli˘i yaparak bir algılama a˘ sistemini o s g g olu¸turmaktadır. s Bilgiye her an, her yerden kolayca eri¸ilmesini sa˘lar. s g Veriyi toplayarak, i¸leyerek, ¸¨z¨mleyerek ve yayarak yerine s co u getirir. B¨ylece a˘, etkin bir ¸ekilde zeki bir ortam o g s olu¸masında rol oynamı¸ olur. s s ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kablosuz Sens¨r A˘lar og ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sens¨r D¨˘um¨ o ug ¨ u Sens¨r D¨gum¨ o u˘¨ u ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sens¨r D¨˘um¨ o ug ¨ u Sens¨r D¨gum¨ o u˘¨ u Hesaplama, algısal bilgi toplama ve a˘daki di˘er ba˘lantılı g g g d¨˘umlerle haberle¸me yeteneklerine sahip d¨˘umlerdir. ug ¨ s ug¨ Bile¸enleri : Mikrodenetleyici, Alıcı-verici, Dı¸sal Bellek, G¨c s s u¸ Kayna˘ı, Sens¨rler g o ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sens¨r D¨˘um¨ o ug ¨ u Sens¨r D¨gum¨ Bile¸enleri o u˘¨ u s ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sens¨r D¨˘um¨ o ug ¨ u Mikrodenetleyici Mikrodenetleyici g¨revleri yapar, veriyi i¸ler ve sens¨r d¨˘um o s o ug¨ i¸erisindeki di˘er bile¸enlerin i¸levselli˘ini denetler. c g s s g ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sens¨r D¨˘um¨ o ug ¨ u Alıcı-verici Sens¨r d¨˘umleri ISM (“industrial, scientiﬁc and medical o ug¨ radio band“) bandını kullanır. Geni¸ dalga ku¸a˘ında ve global elveri¸lilikte ¨zg¨r radyo s sg s ou yayını sa˘lanmı¸ olur. g s Kablosuz iletim ortamlarında tercihler radyo frekansı, optik ileti¸im (lazer) ve kızıl¨tesidir. s o Lazer daha az enerji gerektirir, ancak ileti¸im i¸in g¨r¨¸ alanı s c o us gerektirir ve atmosferik ko¸ullara duyarlıdır. s Kızıl¨tesi lazer gibidir, anten gerektirmez ancak yayım o kapasitesi olarak sınırlıdır. Radyo frekansı (RF) tabanlı ileti¸im ¸o˘u WSN uygulaması s cg i¸in uygun olan ileti¸im ¸eklidir. c ss WSN’ler 433 MHz ve 2.4 GHz arasındaki ileti¸im frekanslarını s kullanırlar. ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sens¨r D¨˘um¨ o ug ¨ u Alıcı-verici Alıcı-verici tek bir aygıt ¸eklindedir. s ˙slemsel durumlar I¸ ˙ Iletme (Transmit) Alma (Receive) Bo¸ (Idle) s Uyku (Sleep) Yeni nesil radyolar bu i¸lemi otomatik olarak ger¸ekle¸tiren s c s g¨m¨l¨ durum makinelerine sahiptir. o uu ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sens¨r D¨˘um¨ o ug ¨ u Dı¸sal Bellek s Enerji bakı¸ a¸ısından yakla¸ıldı˘ında, en uygun bellek ¸e¸itleri sc sg cs mikrodenetleyici ¸ipi uzerindeki bellek ve FLASH belleklerdir. c¨ FLASH bellekler maliyeti ve depolama kapasitesi nedeniyle kullanılmaktadır. Depolamanın t¨r¨ne g¨re iki farklı bellek kategorisinden uu o bahsedilebilir: Uygulamayla ilgili veya ki¸isel bilgileri saklamak i¸in kullanılan s c Kullanıcı belle˘i, g Aygıtın programlanması i¸in kullanılan Program belle˘i, bu c g bellek ayrıca e˘er varsa aygıtın tanımlayıcı verisini i¸erebilir. g c ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sens¨r D¨˘um¨ o ug ¨ u G¨¸ Kayna˘ı uc g Sens¨r d¨˘um¨ndeki enerji t¨ketimi algılama, ileti¸im ve veri o ug¨ u u s i¸leme nedeniyle olmaktadır. s Sens¨r d¨˘um¨nde veri ileti¸imi i¸in daha fazla enerji o ug¨ u s c gerekmektedir. Algılama ve veri i¸leme i¸in enerji t¨ketimi s c u daha azdır. 1 Kb veriyi 100 metrelik bir uzaklı˘a iletmek i¸in gereken g c enerji, yakla¸ık olarak saniyede 100 milyon komut i¸leyen bir s s i¸lemcide 3 milyon komut i¸lemek i¸in gereken enerjiye e¸ittir. s s c s Enerji pil veya kapasit¨rler i¸erisinde saklanmaktadır. o c G¨n¨m¨zdeki sens¨rler yenilenebilir enerji kaynaklarını da uu u o (g¨ne¸ enerjisi, ısı enerjisi, titre¸im enerjisi vb.) kullanabilecek us s ¸ekilde geli¸tirilmektedir. s s ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sens¨r D¨˘um¨ o ug ¨ u G¨¸ Koruma uc Kullanılan en ¨nemli iki g¨c koruma politikası vardır o u¸ Devingen G¨¸ Y¨netimi (Dynamic Power Management DPM): uc o Kullanılmayan veya etkin olmayan par¸aları kapatma g¨revini c o ger¸ekle¸tirir, c s ¨c Devingen Voltaj Ol¸eklendirme (Dynamic Voltage Scaling - DVS): DVS yakla¸ımı determinist olmayan i¸ y¨k¨ne ba˘lı s s uu g olarak g¨¸ seviyeleri arasında ge¸i¸ler yaparak ¸alı¸ır. Voltajı uc cs cs frekans ile birlikte de˘i¸tirerek g¨c t¨ketiminde kuadratik gs u¸ u azalmalar sa˘lamak m¨mk¨nd¨r. g uuu ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sens¨r D¨˘um¨ o ug ¨ u Sens¨rler o Sıcaklık, basın¸ gibi ﬁziksel durumlardaki de˘i¸imlere c gs ¨l¸ulebilir tepkiler uretebilen donanım aygıtlarıdır. o c¨ ¨ Sens¨rler g¨zlemlenecek alanın ﬁziksel verisini ¨l¸er veya o o oc algılarlar. Sens¨rler tarafından algılanan s¨rekli analog sinyaller o u ”Analog-to-Digital” ¸eviriciler yardımıyla sayısalla¸tırılarak c s denetleyicilere daha fazla i¸lem i¸in g¨nderilir. s c o Sens¨r d¨˘umleri k¨¸uk boyutlarda, d¨¸uk enerji t¨ketimli, o ug¨ uc ¨ us¨ u y¨ksek hacimsel yo˘unluklarda ¸alı¸abilen, otonom ve u g cs g¨zetimsiz ¸alı¸an, ortama uyum sa˘layabilen ¨zelliklere sahip o cs g o olmalıdır. ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sens¨r D¨˘um¨ o ug ¨ u Sens¨r Kategorileri o Pasif, her y¨ne a¸ık (y¨ns¨z) sens¨rler: Pasif sens¨rler ortamı o c ou o o aktif ara¸tırma ile de˘i¸tirmeden verileri toplayan sens¨rlerdir. s gs o Kendi enerjilerine sahiptir, enerji analog sinyali y¨kseltmek i¸in u c gereklidir. Bu ¨l¸umlerde ”y¨n” ¸eklinde bir kavram yoktur. o c¨ os Pasif, dar ı¸ınlı sens¨rler: Bu sens¨rler pasiftir ancak iyi s o o ¨ tanımlanmı¸ ¨l¸um y¨n¨ kavramına sahiptir (Orn: Kamera). s o c¨ ou Aktif sens¨rler: Bu gruptaki sens¨rler ortamı aktif olarak o o ¨ ara¸tırırlar (Orn: Sonar veya radar sens¨rleri, k¨¸uk s o uc ¨ patlamalarla ¸ok dalgaları ureterek ¸alı¸an bazı sismik sens¨r s ¨ cs o tipleri). WSN’lerdeki kapsayıcı teorik ¸alı¸malar Pasif, y¨ns¨z sens¨rleri cs ou o kastetmektedir. Her sens¨r d¨˘um¨ belirli bir kapsama alanına o ug¨ u sahiptir. Bu kapsama alanındaki g¨zlemlerini g¨venilir ve do˘ru bir o u g ¸ekilde raporlayabilir. s ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sens¨r D¨˘um¨ o ug ¨ u Sens¨rlerdeki G¨¸ T¨ketim Kaynakları o uc u Sinyal ¨rnekleme ve ﬁziksel sinyalleri elektrik sinyallerine o ¸evirme c Sinyal iyile¸tirme s Analog-to-Digital ¸evirme c ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kablosuz Sens¨r A˘lar og Kablosuz Sens¨r A˘lar Nedir? og Kablosuz Sens¨r a˘larının ¨zellikleri og o G¨venilirlik u Do˘ruluk g Esneklik Maliyet verimlili˘i g Kurulum kolaylı˘ı g ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kablosuz Sens¨r A˘lar og Kablosuz Sens¨r A˘lar Nedir? og Kablosuz Sens¨r a˘ları ne yapar? og Bilgi toplama Bilgi i¸leme s ˙ Izleme G¨zleme o ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kablosuz Sens¨r A˘lar og Habitat ˙ o g¨ g Izleme Sens¨r A˘ı Orne˘i ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kablosuz Sens¨r A˘lar og Sırad¨zensel Sens¨r A˘lar u og ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kablosuz Sens¨r A˘lar og Sens¨r A˘larının Zorlukları og Sens¨r a˘larının topolojisi ¸ok sık de˘i¸ir. og c gs Noktadan noktaya ileti¸ime dayanan a˘larda yayım ileti¸im s g s paradigmasını kullanır. Cok kısıtlı g¨c, hesaplama yetene˘i ve hafızaya sahiptir ¸ u¸ g Bozulmaya yatkındır. Cok fazla y¨kten dolayı genel kimlik (ID) sahibi olmayabilir ¸ u Cok fazla sayılarda kurulur, bu nedenle kalabalıktan ¸ ¨ kaynaklanan tıkanma ve ¸arpı¸malar olabilir. Onlemek i¸in c s c birbirine yakın sens¨rler e¸zamanlı ileti¸im yapmamalıdır. o s s Ad-hoc yerle¸tirilmi¸ sistemin, sonu¸ da˘ıtım ve d¨˘umlerin s s cg ug¨ ba˘lantılılı˘ını (connectivity) tanımlaması ve sa˘laması gerekir. g g g Devingen ortam durumları, sistemin zamanla ba˘lantılılık ve g sistem uyarımını uyarlamasını gerekli kılar. ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kablosuz Sens¨r A˘lar og Sens¨r A˘larının Gereksinimleri og Fazla sayıda sens¨r o D¨¸uk enerji kullanımı us¨ D¨¸uk belle˘in verimli kullanımı (verimli bellek kullanımı) us¨ g Veri toplama ¨o u Oz¨rg¨tlenme ˙sbirlik¸i sinyal i¸leme I¸ c s Sorgulama yetene˘i g D¨¸uk maliyet us¨ ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kablosuz Sens¨r A˘lar og Sens¨r A˘larının Mimarisi og ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kablosuz Sens¨r A˘lar og ¨g Sens¨r A˘ları Calı¸ma Orne˘i og ¸s ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c ¨ Uygulama Ornekleri Habitat (bitki, hayvan) izleme ve ¸evresel g¨zlem, hava c o durumu tahminleme sistemleri Sa˘lık uygulamaları (hasta, doktor takibi, hasta fizyolojik g psikolojik durum izleme, vb.) Enerji tedarik ve aktarma sistemleri (¨retim, da˘ıtım, t¨ketim u g u yapılarında) Ev ve ofis uygulamaları (zeki anaokulu ¨rne˘i var og [Srivastava:2001]) Uzak yerlerin, konumların ¸¨z¨mlenmesi (tornado hareketi, co u orman yangın tespiti, vb.) Geni¸ bir metropol alanındaki taksilere sens¨rler yerle¸tirilerek s o s trafi˘in g¨zlenmesi ve bu g¨zlemlere dayanarak rotaların etkin g o o planlanması ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c ¨ Uygulama Ornekleri Bir park yerindeki bo¸ ve dolu alanların sens¨r a˘larıyla s og belirlenmesi Kablosuz g¨zetim sens¨r a˘larıyla alı¸veri¸ merkezi, araba o og ss garajı veya benzeri tesislerde g¨venlik sa˘lama u g D¨¸man hareketlerini belirleme, bulmak ve izlemek i¸in askeri us c sens¨r a˘lar og Ter¨rist saldırılara kar¸ı tetikteli˘i arttıran sens¨r a˘lar o s g og Ortam kirliliklerinin belirlenmesi, uzak yerlerin g¨zlenmesi, o m¨¸teri davranı¸larının izlenmesi, .... us s ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Sonu¸ c Geni¸ bir yelpazede kullanılabilir s Askeri uygulamalar kadar do˘a koruma amacıyla kullanılabilir g RFID konusunda oldu˘u gibi insanların ki¸isel hak ve g s h¨rriyetlerine dikkat etmek gerekiyor u ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Te¸ekk¨rler! Sorular? su ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları og Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kaynaklar Karl, H. and Willig, A.; ”Protocols and Architectures for Wireless Sensor Networks”, Wiley, (May 2005) Tubaishat, M.; Madria, S., ”Sensor networks: an overview,” Potentials, IEEE , vol.22, no.2, pp. 20-23, April-May 2003 Ning Xu, A Survey of Sensor Network Applications, University of Southern California. Available from http://courses.cs.tamu.edu/rabi/cpsc617/resources/sensor%20nw- survey.pdf , 2002. Srivastava, M., Muntz, R., and Potkonjak, M. 2001. Smart kindergarten: sensor-based wireless networks for smart developmental problem-solving environments. In Proceedings of the 7th Annual international Conference on Mobile Computing and Networking (Rome, Italy). MobiCom ’01. o ACM, New York, NY, 132-138. DOI= Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları g u g ou u

¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar og Uygulama Ornekleri Sonu¸ c Kaynaklar I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci. Wireless Sensor Networks: A Survey. Computer Networks, 38(4):393–422, March 2002. Vieira, M.A.M.; Coelho, C.N., Jr.; da Silva, D.C., Jr.; da Mata, 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 Sensor node - Wikipedia, the free encyclopedia, Eri¸im adresi : s http://en.wikipedia.org/w/index.php?oldid=263854165 , 2009. S. Tilak, N. Abu-Ghazaleh, and W. Heinzelman, “A Taxonomy of Wireless Micro-Sensor Network Models,” ACM Mobile Computing and Communications Review (MC2R), o Volume 6, Number 2, April 2002. ¨ Kablosuz Sens¨r A˘lar ve Uygulamaları g Ege Universitesi Bilgisayar M¨hendisli˘i B¨l¨m¨ u g ou u

Kablosuz sensör ağlar ve uygulamaları

0 comments

Notes on slide 1

Favorites, Groups & Events