Tasarsız kablosuz ağlar; merkezi kontrol olmaması, tüm düğümlerin kablosuz arayüze sahip olması, düğümlerin serbestçe hareketi sonucu sıklıkla oluşan topoloji değişikliği, düğümlerin sınırlı miktarda kaynağa (bant genişliği ve batarya ömrü gibi) sahip olması ve simetrik (iki yönlü) linklerin eksikliği gibi karakteristiklerden dolayı diğer ağlardan ayrılır.
Gezgin kablosuz ağlarla ilgilenilmek istendiğinde, “mobil” ve “kablosuz” kelimelerinden kaynaklanan bazı ihtiyaçlar ortaya çıkar. Gezginlik, düğümlerin hareketinden dolayı sınırlı ömre sahip komşuluk veya sürekli değişen topoloji bilgisini ima eder. Bu durum, bilginin düzenli olarak yenilenmesi aksi halde geçersiz olacağı anlamına gelir. Bilgi ne kadar sık güncellenirse, düğümlerin gezginliği o kadar doğru biçimde elde edilebilir. Kablosuz ortam ise kullanılabilir frekans bandında, sınırlı bant genişliğini ima eder. Bant genişliğinin sınırlı olması, kablosuz dünyada kıymetli kaynakların akıllıca tüketilmesi ihtiyacını doğurur. Bu yüzden
kablosuz ağlar için bir protokol tasarlanırken, ilk görev bant genişliğinin gereksiz kullanımını azaltmak olmalıdır.
“Gezginlik” ve “kablosuz” kavramları, sahip oldukları gereksinimleri açısından birbirine zıttır. Gezginlik, diğer düğümlerdeki değişikliği hissedebilmek için ağda dolaşan bilgi trafiğinin çok olmasını gerektirir. Diğer taraftan, kablosuz ortam kapasiteyi boşa kullanmamak için gereksiz veya fazla trafiği istemez. Sınırlı bant genişliği kullanılırken düğümlerin hareketliliğini belirleyebilecek bir mekanizma gereklidir.
Kablosuz ağlarda kıt olan kaynakların etkin bir biçimde kullanılması için yönlendirme algoritmalarının iyileştirilmesi gerekir. Yönlendirme algoritmalarının kontrol ve bağlantı için harcadığı bant genişliği ve buna bağlı olarak batarya tüketiminin de en aza indirilmesi gerekir.
Bu tez çalışmasında, tasarsız ağların en önemli iki kaynağı olan bant genişliği ve batarya ömrü kullanımını optimize etmeyi sağlayan yeni bir yönlendirme algoritması geliştirilmiştir. Düğümlerin konum bilgilerinin, içlerinde tümleşik olarak bulundurdukları GPS (Global Positioning System) ile elde edilen ve “Konum Tabanlı Melez Yönlendirme Algoritması” adı verilen bu algoritma ile yönlendirme ek yükü azaltılarak bant genişliğinin etkili bir şekilde kullanımı sağlanmaktadır. Bununla birlikte, ağdaki her bir düğüm tarafından yönlendirme amacıyla yapılacak işlem sayısı ve bellekte tutulacak veri miktarı azaltılarak batarya ömrü de etkin bir biçimde kullanılmaktadır. Bu hedefleri gerçekleştirmek için hem tabloya dayalı, hem de isteğe bağlı algoritmaların çalışma mantığından faydalanılmıştır. Ancak önerilen yöntem bu iki yöntemin de dışında yeni bir yaklaşımdır.
Bilindiği gibi altyapılı kablosuz ağlarda merkezi bir istasyon veya düğüm vardır ve bu istasyon hareketsizdir. Bu istasyonun kapsama alanında olan düğümler yönlendirme için gerekli olan bilgileri bu istasyondan öğrenirler ve ayrıca veri gönderme-alma işlemini de bu istasyon üzerinden gerçekleştirirler. Ancak tasarsız ağlarda merkezi bir düğüm olmadığı veya diğer bir deyişle bütün düğümler hareketli olduğu için altyapılı ağlardaki çalışma yöntemi tasarsız ağlarda doğrudan
kullanılamaz. Fakat altyapılı kablosuz ağların çalışma mantığı, tasarsız ağlara uyarlanabilir. Bu noktada, geliştirdiğimiz KTMYA’da altyapılı ağlarda olduğu gibi merkezi bir düğüm atanır ve yönlendirme bilgilerini yönetir. Bu merkezi düğüme “master” düğüm adı verilir. Düğümler, bir hedef düğüme veri göndermek istediklerinde hedef düğümün yerini ve ona gidecek en kısa yolu master düğümden öğrenirler ve bu yol üzerinden verilerini gönderirler. Bu aşamada algoritma altyapılı ağlardan ayrılır. Çünkü altyapılı ağlarda veri de merkezi istasyon üzerinden gönderilir. Ancak KTMYA’da merkezi istasyon olarak davranan master düğüm sadece hedefe ait yolu bulmada kullanılır.
Geliştirilen algoritma, fiziksel, veri-bağlantı, ağ, aktarım, sunum, oturum ve uygulama olarak yedi katmandan oluşan OSI (Open System Interconnect) referans modelinin 3. katmanı olan ağ katmanında çalışır. Alt katmanda bulunan ortam erişim kontrolü (MAC) katmanının servislerini kullanır ve üst katmandaki aktarım katmanına servis sağlar. Bu çalışmada MAC katmanı olarak IEEE 802.11 kullanılmış ve yeni bir öneride bulunulmamıştır.
Bu tez çalışmasında öne sürülen ve bilimsel katkı sağlamayı amaçlayan çalışmalar şöyle sıralanabilir:
1. Düğümlerin konum bilgilerini kullanarak yönlendirme kararı veren KTMYA’yı geliştirmek,
2. Geliştirilen algoritmayı kullanan protokol tasarımını gerçekleştirmek için paket yapılarını çıkarmak,
3. Konum bilgilerini kullanarak yönlendirme kararı veren klasik algoritmalarda da kullanılan düğümler arası maliyet değerini oluşturmak için bulanık mantık yöntemini uygulamak ve bulanık mantık kullanılmamış duruma göre de üstünlükleri ortaya çıkarmak,
4. Ağdaki düğüm sayısının artması durumunda, ağın ölçeklendirilebilmesi için fuzzy C-means algoritmasını kullanarak kümelere ayırma işlemini yapabilmek,
5. Geliştirilen algoritmanın modellenmesi ve performans değerlendirmesini yapmak için MATLAB 7.0.1 kullanılarak yazılım geliştirmektir.
Geliştirilen algoritma ile mevcut algoritmaların aşağıdaki problemlerine çözümler oluşturulmuştur:
1. Tabloya dayalı algoritmalar, yönlendirme bilgilerini oluşturabilmek için sürekli olarak yönlendirme tablosunu güncellerler ve bu işlem için yayın tabanlı paketler kullanırlar. Bu durum yönlendirme ek yükünün artmasına yol açar. KTMYA’ya göre bütün düğümlerde yol tablosu tutulmaz. Sadece master düğüm üzerinde yol tablosu tutulur. Periyodik güncellemeler kullanılmaz, olay tabanlı güncellemeler kullanılır. Ayrıca olay tabanlı güncelleme işlemi, yayın (broadcast) yöntemiyle yapılmaz. Güncelleme işlemleri, hedefi, ağın merkezinde yer alan ve yönlendirme kararını veren düğüm (master düğüm) olan paketlerle yapılır.
2. İsteğe bağlı algoritmalar sadece bir düğümün yol ihtiyacı olduğunda keşif paketleri ile yol oluştururlar. Bu durum, uçtan uca paket gönderim zamanının uzamasına yol açar. KTMYA’da yol istekleri master düğüm tarafından sağlandığı için, bu süre azaltılmıştır.
3. İsteğe bağlı ve tabloya dayalı algoritmalarda yol bulmak için yapılan işlem sayısı fazla olduğu için enerji tüketimi yüksektir. KTMYA ile işlem sayısı ve yönlendirme ek yükü azaltıldığı için enerji tüketimi iyileştirilmiştir.
4. Tabloya dayalı algoritmalarda, ağdaki düğüm sayısının artması durumunda, her bir düğümde bulundurulan yol tablolarının büyümesi ve sürekli periyodik güncellemelerden dolayı, ağın verimi düşer. KTMYA’da periyodik
güncellemeler gönderilmez. Ayrıca ağdaki düğüm sayısının artması durumunda, ağın kümelere ayrılması çözümü de önerilmiştir.
5. İsteğe bağlı algoritmalarda, hareketliliğin yüksek olması durumunda, yol keşif paketlerinin yol bulma süresi ve yol bulamama ihtimali artar. Oysa KTMYA’da hareket durumunda konum güncelleme bilgileri gönderimiyle bu problem çözülmüştür.
6. DSDV, AODV ve TORA algoritmalarında, her bir düğümde tutulan yol tablosu yol bulma işlemlerinde tüm düğümlerin yer alması enerji tüketimini artırır. KTMYA’da ise, master düğüm dışındaki düğümlerde yol tablosu bulundurulmadığı ve tüm düğümlerin yol bulma işlemine katılmamasından dolayı enerji tüketimi azaltılmıştır.
7. Konum tabanlı melez yönlendirme algoritmalarından DREAM, MFR, GEDIR ve DIR, yönlendirme kararını vermek için sadece düğümler arası mesafeleri kullanırlar. Bu durumda, yoğun bir düğüm yol üzerinde bulunursa, uçtan uca paket gecikmesi artar. KTMYA’da yönlendirme kararını vermek için sadece düğümler arası mesafe değil, buna ek olarak düğüm yoğunluğu ve batarya miktarı bilgisi de kullanılarak bulanık mantık yöntemiyle yönlendirme kararı verme öne sürülmüştür.
Aşağıda sayılan konularda ise iyileştirme yönünde herhangi bir çözüm önerisinde bulunulmamıştır:
1. Geliştirilen algoritmada, ağın merkezinde yer alan ve yönlendirme kararını veren düğümü (master düğüm), ağdaki diğer düğümlere duyuran paketler yayın tabanlı paketlerdir. Yayın paketleri kullanmadan bir yöntem geliştirme konusunda her hangi bir çözüm önerilmemiştir.
2. Geliştirilen algoritmaya göre, ağdaki düğümlerin konum, batarya ömrü ve yoğunluk bilgilerini içeren güncelleme paketleri için, gidiş yolu olarak, master düğümden gelen duyuru paketlerinin ters yolu kullanılmaktadır. Bu durum düğümler arası bağlantıların simetrik (çift yönlü) olmasını zorunlu kılar. Tek
yönlü (unidirectional) linklerin olduğu durumlarla ilgili herhangi bir çözüm önerilmemiştir.