FVWSN temelli IoT/CPS WSN Sağlayıcı Sistem Simülasyonu

Bu bölümde önceki bölümlerde detayları ve modellemesi verilmiş olan önerilen FVWSN temelli ATBS sistemin simülasyonu OPNET platformunda yapılarak DBS ve ABS ‘ye göre karşılaştırılması yapılacaktır. Genel blok yapısı Bölüm 3 ‘de Şekil 3.22 ‘de verilen sistemin

OPNET Modeler platformunda gerçekleştirme şekli Şekil 5.24 ‘de ve genel simülasyon yapısı ise Şekil 5.25 ‘de verilmiştir. Her bir modüle ait çalışma yapısı Bölüm 3 ve 4 ‘deki temel prensiplere göre OPNET Modeler platformunda gerçekleştirilmiştir. Önerilen sistemin yürütümünde Bölüm 4 ‘de verilen Denklem 4.22-4.25 ve 4.52-4.53 modelleri esas alınmıştır. Alt WSN sistemlerin yapısı daha önceki DBS ve ABS simülasyonlarında kullanılanların aynısıdır. İstemcilerin kendi komut ve sorgularını işletebilecek ilgili VNd ‘ler “child process” olarak sunucu modülde tanımlanmıştır. FVWSN temelli WSN sağlayıcı sistemin sonuçlarının irdelenmesinde, diğer tekniklerde olduğu gibi öncelikle alt WSN düğümlerinin davranışları hakkında fikir vermesi açısından aynı kaynak düğümlerden alınan veriler sunulacaktır. Daha sonra tüm sistem kaynaklarından elde edilen ortalama genel sonuçlar paylaşılacak ve diğer tekniklerde elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılması yapılacaktır. Burada yine %30-50-100 kaynak paylaşımında 5-10-15-30 istemci için sistem davranışları incelenecektir. Kullanılan sistem metrikleri önceki deneylerle aynıdır. Simülasyonlarda istemciler komut/sorguları ile alt WSN kaynaklardan elde edilen veriler sunucu da ilgili VNd ’lerdeki O(𝑛2_{) algoritmalar ile} değerlendirilecek ve sonuçta farklı WSN ‘lerdeki bir aktuatör uygun değere set edilecektir.

Görev Oluşturucu ve AddAndFollow birimlerinin yaptığı işlem, alınan talepler için sanal görevler oluşturmak ve bunları gerekli bilgilerle düzenleyip görev kuyruğuna bırakmaktır. Ön işlemci modülü “TALEPGELDI” şartı ile ilgili talebin sanal göreve dönüştürüldüğü duruma geçer. İstemcinin sisteme kayıt olma komutunun gelmesi durumda istemci verileri “REGISTER (KAYIT)” modülüne yönlendirilir. İç zaman kesmesinin aktif olması ile birlikte sanal görev bir sonraki modüle gönderilir. AddAndFollow modülünde gelen sanal görevler gerekli istatistik bilgiler ile ayarlanarak görev kuyruğuna bırakılır ve bunların durumları takip edilir. Bu modül aynı zamanda “Dönen Görev Listesi” ‘ni de içermektedir. Modül ilk olarak sanal görevlerin kendilerine ayrılan süre içerisinde işlem görüp görmediklerini kontrol için zaman aşımı durumundan geçmektedirler. Bu kontrol belli aralıklarla devam etmektedir. Bu süreyi aşan sanal görevler ilgili istemcilere başarısız (RESEND) olarak bildirilirler. Görev sürelerini başarı ile tamamlayan sanal görevler, “DONUS” durumunda işlendikten sonra kendi istemcilerine bilgi vermek için ya M2M ya da Pub/Sub MW ‘e gönderilirler. Yeni sanal görevlerin gelmesi durumunda bu süreçler tekrar etmektedir. Bu iki modüle ait çalışma FSM diyagramları Şekil 5.26 ‘da gösterilmiştir.

b) AddAndFollow

Şekil 5.26. Ön işlemci ve AddAndFollow FSM Diyagramları

Görev Kuyruğu modülü alınan sanal görevlerin “OperationRunner” a iletilmesinden sorumludur. Bunu yaparken Bölüm 3’de açıklanan kuyruk modelini uygulamaktadır. Kuyruğun tıkanması bir zaman çerçevesi ile izlenmektedir. Bu kontrol “ASIMKONTROL” durumunda gerçekleştirilmekte ve sistem kesmesi ile geçiş sağlanmaktadır. TaskQueue ‘dan görev çıkartılması iki şekilde olmaktadır. Bunlardan birincisi zaman çerçevesi dışında kalmak, ikincisi ise OperationRunner ‘dan kesme almaktır. İkinci durumda sıradaki sanal görev sonraki modüle gönderilir. OperationRunner modülü alınan sanal görevin detay bilgilerine göre ilgili VNd ‘yi yürütmek ve bu VNd ‘nin ihtiyaç duyduğu kaynak verilerini SerOP modülünden istemekle görevlidir. VNd operasyonları veya çağrımları esnasında oluşan hatalar raporlanmakta ve AddAndFollow modülü haberdar edilmektedir. OperationRunner modülü varsayılan olarak SYNC modunda çalışmaktadır. Görevi tamamlanan VNd hafızadan çıkarılmakta ve yeni görev kesmesi aktif edilmektedir. Bu süreçler “TASKAL” ve “DINLE” durumlarında gerçekleştirilir. TaskQueue ve OperationRunner modüllerine ait FSM diyagramları Şekil 5.27 ‘de verilmiştir.

a) TaskQueue (Görev Kuyruğu)

b) OperationRunner

Bir VNd ‘nin OPNET Modeler programında nasıl çağrıldığı ve aktif edildiği Şekil 5.28 a ‘da gösterilmektedir. Bunun için önce veri paylaşım alanın tanımlanması ve VNMonitor ‘ün aktif edilmesi gerekmektedir. Daha sonra önceden oluşturulmuş VNd “child process” çağrımı ile ilgili VNd yürütümü gerçekleştirilir. Önerilen sistemin alt WSN ‘lerle olan bağlantısı ise SerOP ile sağlamaktadır. Bu modül alt WSN ‘lerden kaynak talep eden ve gelen verileri OperationRunner ‘a gönderen iki durumdan oluşmaktadır.

a) Child prosses VNd çağırma

b) SerOP

Önerilen sistemin OPNET Modeler ortamında yapılan simülasyonlarında kullanılan kod blokları Bölüm 3 ve Bölüm 4 ‘deki temel ilkelere göre hazırlanmıştır. Simülasyonlarda, numune alt WSN düğümlerinden alınan değerler için % 30 kaynak paylaşımlı sonuçlar Şekil 5.29 ‘da, % 50 kaynak paylaşımlı duruma ait sonuçlar Şekil 5.30 ‘da ve son olarak %100 kaynak paylaşımlı sonuçlar ise Şekil 5.31 ‘da sunulmuştur.

a) Uçtan uca gecikme b) Enerji tüketimi

c) Ağ çıktısı

Kaynak paylaşım oranın %30 olması durumunda elde edilen değerlerin ABS temelli yöntemlere göre çok daha iyi olduğu Şekil 5.29 ‘da görülmektedir.

a) Uçtan uca gecikme b) Enerji tüketimi

c) Ağ çıktısı

Şekil 5.30. İstemci :5-30, Kaynak paylaşım oranı %50

Kaynak paylaşım oranın %50 olması durumunda elde edilen değerlerin aynı kaynak paylaşım oranlı ABS temelli yöntem verilerine göre çok daha iyi olduğu Şekil 5.30 ‘da açıkça görülmektedir.

a) Uçtan uca gecikme b) Enerji tüketimi

c) Ağ çıktısı

Şekil 5.31. İstemci :5-30, Kaynak paylaşım oranı %100

Bu başarım Şekil 5.31 ‘de görüldüğü üzere devam etmektedir. Bütün alt ağ metriklerinden alınan ortalama genel sonuçlar ise Şekil 5.32 ‘de verilmiştir. Aynı zamanda bu şekillere DBS ve ABS simülasyonlarındaki verilerde eklenerek genel bir mukayese ortamı sağlanmıştır. Kıyaslamaların daha net yapılması için her kaynak paylaşım oranı için grafikler ayrı ayrı verilmiştir. Şekillerden de görüleceği üzere FVWSN temelli ATBS sistem enerji tüketimi ile

ABS ile hemen hemen aynı iken daha kısa cevap/etki süresine sahiptir. Bunun yanında ABS ve FVWSN ‘nin çok daha fazla istemciye daha az enerji tüketimi ile hizmet vererek bu konuda DBS ‘ye göre verimli oldukları gözlemlenmektedir. Öte yandan en iyi cevap/etki süresi ise DBS ‘ye aittir. Burada dikkat edilmesi gereken bir diğer nokta ise FVWSN ‘nin fonksiyon çağrımlarının istemci tanımlı olabilmesidir.

a) %30 Kaynak Paylaşımı Gecikme b) %50 Kaynak Paylaşımı Gecikme

e) %50 Kaynak Paylaşımı Enerji f) %100 Kaynak Paylaşımı Enerji

Şekil 5.32. DBS, ABS ve FVWSN sistem gecikme ve enerji tüketimi karşılaştırması

Önerilen sistemin bir diğer değerlendirme parametresi ise başarım oranıdır. Başarım oranı istemci tarafından yapılan ve başarı ile sonuçlandırılan talep sayısını göstermektedir. Bu kriteri ölçmek için %100 kaynak paylaşımı olan iki senaryo, OPNET Modeler ‘da uygulanmıştır.

c) Yüksek trafik gecikme d) Yüksek trafik başarım Şekil 5.33. FVWSN sistemin normal ve yüksek trafikte gecikme ve başarım sonuçları

Birincisi her istemci standart sapması 2 sn olan bir normal dağılımda gönderdikleri 100 talebin kaçının başarılı sonuçlandığı ve ne kadar sürede bu cevabı alabildikleri senaryodur (Normal trafik). İkincisi ise standart sapması 0.1 sn bir dağılıma sahip ve tüm istemcilerin aynı kaynakları talep ettiği bir yüksek trafikte başarım ve gecikme oranlarının tespitidir. Bu senaryolar hem SYNC hem de NoSYNC modu için ayrı ayrı denenmiştir. Bu simülasyonda 𝐶_𝑠𝑟/𝑅_𝑚𝑎𝑥/𝑇_𝑠𝑒/𝑇_𝑟 değerleri 3/2/10/4 dür. Şekil 5.33 normal ve yüksek trafik için elde edilen ortalama genel sonuçları göstermektedir.