Kablosuz Sensör Ağlar

Kablosuz Sensör Ağları (Wireless Sensor Network - WSN) kavramı ilk kez 1980’lerin başlarında ortaya çıkmıştır. Mikro Elektro-Mekanik (MEMS) sistemlerdeki gelişmeler ve kablosuz haberleşme sistemlerindeki ilerlemelerle birlikte 1990’lı yıllarda önemli bir araştırma alanı haline gelmeye başlamıştır. İlk zamanlarda askeri alanda kullanılan bu ağlar; zamanla maliyetlerin düşmesi ve gelişen teknolojiyle birlikte sensör kabiliyetlerinin artması ile çok yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır [107]. Kablosuz sensör ağlar kullanılarak ortamla etkileşimli olarak bilgi toplanabilmekte, bu bilgi kollektif bir şekilde değerlendirilebilmekte ve gerektiğinde bilgiye dayalı olarak ortam üzerinde değişiklikler yapılabilmektedir.

56

Şekil 4.3 : Örnek bir Kablosuz Sensör (Algılama) Ağı

Kablosuz sensörler bir araya gelerek ad-hoc ağlar oluşturulabilmektedir. Ortamda dağıtılan ve ağı oluşturan sensörler birbirileri ile haberleşerek işbirliği içerisinde bir sensör ağını (Şekil 4.3) meydana getirirler. Bir sensör ağı, bilgiye her an, her yerden kolayca erişilmesini sağlar. Bu işlevi veriyi toplayarak, işleyerek, çözümleyerek ve yayarak yerine getirir. Böylece ağ, etkin bir şekilde zeki bir ortam oluşmasında rol oynamış olur.

Sensör ağlarda kullanılan birimlerin boyutları amaca bağlı olarak minimum boyutta yapılmak istenir. Bunun başlıca sebepleri sensör birimlerinin güç gereksinimlerini ve hacimsel boyutlarını taşıyıcılarda rahatsızlık vermeyecek derecelere indirmektir. Pek çok sensör ağında ana birimler başta olmak üzere tüm birimler Şekil 4.4’de de görüldüğü gibi kibrit kutusu veya bozuk para boyutlarına kadar sığdırılabilmektedir.

57

Sensör ağlar, uygulamaya bağlı olarak sensörlerin uygulama alanına (elle konumlarına yerleştirilmesi veya uçaktan atılması gibi) yerleştirilmesinin ardından, sensörlerin birbiri ile iletişim kurması ile oluşmaya başlar. Bu sensörler arasında Sink adı verilen, donanım ve iletişim gücü itibariyle diğer düğümlere göre daha güçlü sensörler vardır. Sink etrafında dizayn aşamasında belirlenen protokoller çerçevesinde tamamen kendi kendinlerine kısa sürede organize olurlar. Sensörler, algılayıcıları vasıtasıyla tespit ettikleri veriyi birbirileri üzerinden Sink’e ulaştırırlar. Sink kendisine ulaşan veriyi kullanıcı merkezine (uydu, sabit/hareketli aktarıcı vb. gibi) erişim noktalarından ya da doğrudan ulaştırır. Verinin iletimi sırasında internet, intranet gibi ağ erişimlerinden biri kullanılabilir [107,110].

Amaçları ve kullanım alanları bakımından sensör ağlar, geleneksel ağlardan bazı farklılıklar gösterir. Sensör ağları geleneksel kablosuz ağlardan ayıran özelliklerden birkaçı şunlardır [107];

• Donanım özellikleri kısıtlıdır (sınırlı batarya, işlemci, bellek kapasiteleri), • Adrese dayanan statik bir topolojileri yoktur,

• Sensör ağlarındaki sensör sayısı geleneksel kalosuz ağlardaki bilgisayar sayısından çok daha fazla olabilmektedir,

• Gerek donanımlarının minyatüre edilmiş olması gerekse de atıldıkları (yerleştirildikleri) saha özelliğinden dolayı bazılarının çalışmama veya çalışamama ihtimali vardır,

• Herbirinin başında kullanıcısı yoktur, uygulama sahasına bırakıldıktan sonra kendi kendilerine organize olmak zorundadırlar.

Sensör ağların dizaynını etkileyen unsurlar ise hata toleransı, ölçeklenebilirlik, maliyet, uygulama sahası, ağ topolojisi, donanım kısıtlamaları, erişim ortamı kuralları, ve güç tüketimidir [107,111].

4.3.1 Kablosuz Sensör Ağlar ve Mobil Ad-hoc Ağlar

WSN’ler aslında ad-hoc yapıdadırlar, ancak geleneksel kablosuz ad-hoc ağlar için bir çok algoritma ve protokol önerilmiş olmasına rağmen, bu algoritma ve protokoller, sensör ağlarının uygulama gereksinimlerini tam olarak karşılamamaktadır. Sensör ağları hatalara eğilimli ve genel kimliğe sahip olmayabilir ancak yine de geleneksel kablosuz ad-hoc ağlara göre bazı avantajlara sahiptir. Bu avantajlar:

• Binlerce sensörün dağıtılmasıyla çok geniş alanların kapsanmasına olanak sağlarlar • Ağ oluşturmuş olan sensörler, bir sensörün hatası durumunda da doğru bir şekilde

58

• Kablosuz sensör ağlar, sink düğümlerinin (Internet, Geniş Alan Ağları, vb. gibi) başka ağlara bağlantı sağlamasıyla uzaktan erişim olanağını arttırırlar.

• Ayrık fenomenini (discrete phenomenon) yerelleştirerek güç tüketimini azaltabilirler • İnsan müdahalesini ve yönetimini en aza indirirler.

• Gözetimsiz, erişimi zor ortamlarda çalışabilirler.

• Değişen ağ durumlarına dinamik olarak tepki gösterebilirler.

4.3.2 Sensör Ağlarının Uygulama Alanları

Sensör ağlarının, uygun maliyet, güvenilirlik, doğruluk, esneklik ve kurulum kolaylığı gibi özellikleri nedeniyle çok değişik uygulama alanları vardır. Günlük hayatın pek çok noktasında farkında olunmaksızın sensör ağlar kullanılmaktadır. İncelenen kaynaklar doğrultusunda sensör ağlarının uygulama alanları aşağıdaki başlıklar altında toplanmıştır [43,107,112,113];

• Çevresel Uygulamalar

 Ev içi ısı, nem, gürültü ve havalandırma gibi değerlerin alınması,  Orman yangını, sel, deprem, gibi doğal afetlerin tesbiti,

 Hava kirliliği tespiti ve ayrıntılı rapor alınması,  Canlıların doğal yaşamının gözlenmesi,

 _{Tarımcılık (sulama, topraktaki mineral seviyeleri vb. gibi) uygulamaları} • Sağlık Uygulamaları

 İnsanların fizyolojik verilerinin (sağlık veya sportif amaçlı olarak) uzaktan izlenmesi,

 _{Hastanede bulunan doktorların yerinin ve hastaların durumunun (kalp atışı, kan} basıncı vb.) izlenmesi,

 Hastane_{lerdeki ilaç dağıtımının yönetimi ve izlenmesi} • Ticari Uygulamalar

 Küçük çocukların konumlarının aileleri tarafından takip edilmesi,  Hırsızlık tespiti ve alarm sistemleri, güvenlik uygulamaları,  Stok _{giriş-çıkış takibi,}

 Ürün konumlandırma uygulamaları,  _{Araçların izlenmesi ve tespit edilmesi.} • Robotik uygulamalar.

59

• Askeri Uygulamalar

 Dost kuvvetlerin teçhizat ve cephanesinin izlenmesi,  Savaş alanının gözlenmesi,

 Arazi hakkında keşifte bulunma,

 Hedefin konumu, sürati gibi hedef bilgilerinin tespiti,  Düşmana verdirilen hasar miktarının tesbiti,

 Nükleer, biyolojik ve kimyasal (NBC) saldırıları ihbarının alınması ya da keşfi.

Yukarıdaki gruplandırma daha çok uygulamaların hizmet ettiği sektörlere göre yapılandırlmıştır.