IoT’nin İletişim Teknolojileri

Günümüz uygulamaları için oldukça fazla sayıda bağlantı seçeneği mevcuttur. Bunlar, IoT ile ilişkili ürün ve sistemlere dayanmaktadır. IoT'deki başlıca iletişim teknolojileri Şekil 4’te tasvir edilmiştir.

Şekil 4. Nesnelerin İnterneti Sistemlerinin Başlıca İletişim Unsurları

LoRa

IEEE 802.15.4

Z-WAVE

LTE

RFID

IoT'nin İletişim Teknolojileri

NFC

UWB

M2M

• LoRa

LoRa kablosuz teknolojisi, IoT uygulamalarında yaygın olarak kullanılan uzun menzilli, düşük güçlü bir platformdur. Güç tüketimi düşük olduğundan, kablosuz sensörler ve Bulut arasında LPWAN bağlantısı sunar. Özellikle restoran veya mutfak ortamlarında Bluetooth, Wi-Fi vb. Ürünlerden çok daha etkili ve güvenilir olduğunu kanıtlamıştır. LoRa tabanlı sensörler, güvenilir izleme için daha küçük cihazlara kurulabilir. En önemlisi, LoRa sinyalleri kalın ve yalıtılmış nesnelere, hatta binalara nüfuz edebilir ve dolayısıyla daha geniş bir ağ alanını kapsayabilir. Genel olarak, LoRa tabanlı ağlar kullanım ömrü açısından daha yüksek performans gösterir ve aynı zamanda daha az bakım ve bakım yükü oluşturur (Petäjäjärvi ve ark., 2016) Avantajları göz önüne alındığında, birçok araştırmacı bu iletişim yöntemini mutfaklarda, depo odalarında ve taşıma sistemlerinde test etti. Jedermann ve ark. (2018), 40 ton elma saklama kapasitesine sahip bir

depoda bir test yapmıştır. Araştırmanın sonucunda, sıcaklık ve hava

akışı okumalarının %96'nın üzerinde bir paket oranıyla başarıyla aktarıldığı tam kapsama sağladığı bildirilmiştir. Benzer şekilde Zhu ve ark. (2018), sıcaklık ve nem seviyelerini izleyerek gıda kalitesini sağlamak için tahıl taşıma sisteminde bilgi izlenebilirliği sağlamak için bir sistem sunmuşlardır.

• IEEE 802.15.4

Kişisel bir ağın aralığındaki IoT cihazları için, IEEE 802.15.4 standardı özellikle WPAN'lar için geliştirilmiştir (Anonim, 2015). IP ve İletim

Kontrol Protokolünün (TCP) standart başlık boyutlarına uyduğundan, IoT cihazları için ortak bir standart haline gelmiştir. Bu durum normalde IPv6 için 1280 Baytlık Maksimum İletim Birimi (MTU) 127 baytlık MTU boyutları sağlayan düşük güçlü cihazlar için çok büyük olduğu için oldukça önemlidir. Dolayısıyla, IEEE 802.15.4, mevcut kaynaklarla ayırt edilen iki farklı cihaz tipini destekler. Bunlar "Azaltılmış Fonksiyonel Cihaz" (RFD) ve "Tam Fonksiyonel Cihaz" (FFD) şeklindedir. RFD'ler tipik olarak, IoT kurulumunun sensör düğümlerini, Radyo Frekansı Tanımlayıcı (RFID) etiketlerini veya tipik olarak verileri düzenli olarak toplayan, FFD'lere bağlantı kuran, veri ileten ve zaman zaman veri alan aktörü çalıştırması gerektiğinde daha az kaynak gösteren cihazlardır. Kaynakları, özellikle enerjiyi korumak için, bu cihazlar "uyku modlarını" destekler. Aksine, kaynak açısından zengin bir cihaz olarak bilinen FFD'ler bir ağı koordine eder, ağ katılımcılarını senkronize eder, verileri (önceden) işler ve diğer FFD'lerin yanı sıra RFD'ler ile iletişim kurar. IEEE 802.15.4, erişim denetimi, gizlilik, çerçeve bütünlüğü ve sıralı tazelik sunmaktadır. Orta derece erişim kontrolü (MAC) katmanındaki güvenlik işlevselliğine, mesaj bütünlüğü kontrolleri ve şifreleme yoluyla ulaşılır. Kullanılan anahtarlar, MAC katmanı tarafından dağıtılır ve yönetilirken, şifreleme, her iletişim ortağı tarafından gerçekleştirilir ve MAC katmanı tarafından uygulanır. Ancak, isteğe bağlı özellikler, IEEE 802.15.4'ün sunduğu güvenlik düzeyini gerçekten azaltabilme yeteneğine sahiptir.

• 6LoWPAN

6LoWPAN uygulaması, temel PHY katmanından bağımsız olarak sensör düğümlerine Kullanıcı Datagram Protokolü (UDP) / TCP'nin üzerinde IPv6 özellikleri sunar ve 6LoWPAN nano yığını yalnızca 4 kByte RAM gerektirir. (Kushalnagar, ve ark., 2007). Özellikle geliştirilen 6LoWPAN nano yığını, bir Soket API (Uygulama Programlama Ara yüzü) ve soket ara yüzleri üzerinden adresleyen uygulamalardan oluşmaktadır. 6LoWPAN, 16 bit ve 64 bit adres alanını, farklı bant genişliklerini ve maksimum 264 cihazla ağ topolojilerini destekler ve bağlantı katmanında bir AES 128 şifreleme ve kimlik doğrulama sunar. Son olarak, bu yığının üstünde bulunan uygulamalar, kullanıcıya özel işlevselliği desteklemek için belirli arabirimlerle bağlantılıdır.

• Z-Wave (Z Dalgası)

Düşük güçlü RFID iletişimleri bağlamında, tipik olarak kullanılan bir protokole, ev otomasyon uygulamalarını destekleyen Z-Wave (Z Dalgası) adı verilmektedir (Anonim, 2020). Z Dalgası sayesinde sensörler, lamba, deklanşör ve panjur denetleyicileri ve diğer kablosuz teknolojilerin çalışmaları sağlanmaktadır. Z-Dalgası IoT protokolleri, bir çip üzerinde tescilli bir sistem olarak uygulanır. Özellikle 856 ile 926 MHz arasında olmak üzere 1 GHz altı bantlar kullanılmakta, kolayca yapılandırılır ve bir kaynak aracılığıyla yönlendirilmiş ağ mimarisi ve fiziksel menzili 100 m'ye kadar olan sistemleri kapsamaktadır. Bir ağ geçidi olan Z-Dalgası köprüsü aracılığıyla bulut

erişimi de sağlanabilmektedir. Günümüz teknolojisinde elde edilen veri hızları 40 ile 100 kbit / s arasındadır. IoT sistemindeki uygulama katmanında sayesinde Z-Dalgalarının donanım ve yazılımlarla birlikte çalışmasına izin verilebilir.

• NFC (Yakın Alan İletişimi)

Yakın Alan İletişimi (NFC), cihazların birkaç metre gibi kısa bir mesafede veya hatta çok daha aşağıda veri alışverişi yapmasını sağlayan bir dizi iletişim protokolünü içerir. NFC’nin temeli RFID'lere dayanmaktadır. Günümüzde NFC, temassız ödeme sistemleri, elektronik anahtar kart sistemleri ve elektronik kimlik belgeleri için yaygın olarak kullanılmaktadır. Sosyal ağlarda; örneğin iletişim bilgileri, fotoğraflar veya dosyalar gibi küçük veri parçalarını paylaşmak için de kullanılabilir. Cihazlar birbirine bağlıdır ve 13.56 MHz üzerinden iletişim kurar. Veri desteklenen hızlar 106 ile 424 kbit / s arasındadır. Birleştirilmiş cihazlar arasında veri alışverişi yapmak için; iki cihazın kapsama alanı içinde olması, en az bir cihazın internete bağlı olması ve en az bir cihazın ana bağlantıyı kurabilecek bir uygulamayı içermesi gerekmektedir.

• RFID (Radyo Frekansı Tanımlama)

RFID sistemi, bir veya daha fazla okuyucu ve RFID okuyucu oluşur. RFID okuyucuları barkod okuyucular gibi çalışmaktadır ve belirli bir adresle karakterize edilerek nesnelere uygulanır. Bu etiketler, nesne okuyucunun yakınına geldiğinde RFID okuyucu tarafından okunabilen elektronik olarak depolanan bilgilerle gömülüdür (Dominikus ve ark.,

2010). RFID, görüş hattında olmaya gerek kalmadan nesnelerin gerçek zamanlı olarak izlenmesine izin vermektedir. Fiziksel bir bakış açısından, RFID etiketi, kompakt bir paket olarak bir antenle birleştirilmiş küçük bir mikroçiptir. Etiket anteni, bir RFID okuyucusundan sinyalleri alır ve ardından sinyali, bazı ek bilgilendirici verilerle birlikte döndürür. Bir RFID etiketi üç konfigürasyondan meydana gelir. Birincisi, okuyucunun pasif olduğu ve pille çalışan aktif etiketlerden sinyali aldığı Pasif Okuyucu Aktif Etiket (PRAT), ikincisi ise en yaygın iletişim için kullanılan Aktif Okuyucu Pasif Etikettir (ARPT) (Lapide, 2004). Bu etiket yerleşik güç kaynaklarına sahip değildir, bu nedenle RFID okuyucu tarafından gönderilen sorgu sinyalinden veri göndermek için gereken enerjiyi toplar. Sonuncusu, Aktif Okuyucu Aktif Etiketidir (ARAT). Elektronik Ürün Kodu (EPC), bir etikette depolanan en yaygın veri kümesidir. EPC'ler, nesnelerin benzersiz bir şekilde izlenebilmesi ve tanımlanabilmesi nedeniyle RFID etiketlerinde kodlanmıştır.

• LTE (Uzun Vadeli Evrim)

LTE, cep telefonları arasında yüksek hızlı veri aktarımı için Global System tabanlı standart bir kablosuz iletişim protokolüdür. Mobil İletişim (GSM) ağ teknolojileri. Maksimum 100 MHz'e kadar desteklemektedir. Veri yükleme ve indirme genellikle tüm süreçte daha düşük ve daha yüksek gecikme oranıyla karşılaşır (YangDacheng, 2010).

• UWB (Ultra Geniş Bant)

UWB iletişim teknolojisi, düşük enerji kullanan NFC'ye benzer, düşük kapsama alanları dâhilindeki iletişimi desteklemek için tasarlanmıştır. Bununla birlikte, iletişim sırasında sensörleri bağlamak için uygulamalarda yüksek bant genişliği kullanılır. Maksimum 500 MHz bant genişliği kapasitesine sahiptir. Daha öncelerde UWB radyo darbesi olarak bilinmekteydi.

• M2M (Makineden Makineye)

M2M, bilgisayarlar, işlemciler, akıllı sensörler veya mobil cihazlar arasındaki iletişimi ifade eder. M2M iletişiminin kullanımı son yıllarda hızla artmaktadır (Wu ve ark., 2011). M2M iletişim tekniğinin algılama, erişim, bilgi işleme, uygulamalar ve hizmetler şeklinde toplam beş temel bileşeni vardır (Severi ve ark., 2014).