Konum belirleme

konumunun bilinmesi gerekir. Büyük yangınlar, orman yangınları, hava kirliliğini izleme gibi çevre kontrolü vb. çoğu uygulamada bu gereksinim mevcuttur [43].

Ağdaki tüm cihazlara GPS eklemek pratik değildir. GPS’in pahalı olması yanında yer kaplaması, montaj için çaba gerektirmesi ve iç mekânlarda çok verimsiz olması ya da hiç çalışmaması dezavantajlarıdır [44].

Ağ konumlandırma algoritmaları dört sınıfa gruplanabilir [44]:

Birinci grup algoritmalar, koordinatları önceden ayarlanmış çapa düğüm olarak ifade edilen düğümlerin var olduğu çapa tabanlı ve çapa düğümlerin var olmadığı çapa serbest algoritmalar olmak üzere iki çeşittir [44]:

- Çapa tabanlı konumlandırma sistemi, çapa olarak kullanılacak düğümlerin konumunu belirlemede GPS vb. diğer bir konumlama sistemi gerektirmesinin yanında, kabul edilebilir konum hataları elde edebilmek için çok büyük sayıda çapa düğüm gerektirir.

- Çapa serbest algoritmalar, düğümlerin görece koordinatlarını belirlemede düğümler arasındaki yerel mesafe ölçümlerini kullanır.

İkinci grup algoritmalar, ağda düğüm konumlarını yayma yöntemine dayalıdır.

Artırmalı algoritmalar ve eş zamanlı algoritmalar olmak üzere iki alt gruba sınıflandırılabilir [44]:

- Artırmalı algoritmalar, konumu bilinen üç ya da daha fazla referans düğüm kullanır. Ağdaki diğer düğümler referans düğümlere bağlanabilir ve kendi konumlarını belirleyebilir. Kendi konumunu elverişli olarak tahmin edebilen düğümler yeni referans noktası olarak hizmet ederler. Bu işlem tüm ağdaki düğümlerin konumları elde edilinceye kadar artırılarak devam eder.

- Eş zamanlı algoritmalarda, tüm algılayıcıların konumlandırmasını sağlamak için yapılan ölçümler karşılıklı paylaşılır. Bu sistemde bütün düğümlerin konumları eş

49

zamanlı olarak tahmin edilir. Bu konumlandırma sistemleri konumunu bilmeyen düğümlerin hem referans düğümler hem de diğer düğümler ile ölçümler yapmasına imkân verir. Konumu bilinmeyen düğüm çiftleri arasındaki bu ölçümlerden elde edilen ek bilgi konumlandırma sisteminin sağlamlığını ve doğruluğunu geliştirir.

Üçüncü grup algoritmalar, iletişim boyunca düğümler tarafından elde edilen bilginin parçalı yapıda olup olmadığına dayalıdır. Kaba (Coarse grained) algoritmalar ve doğruluğu çok daha yüksek olan detaylı (Fine grained) algoritmalar olmak üzere iki alt gruba sınıflandırılabilir [44]:

- Detaylı algoritmalar, “alınan sinyal gücü” (Received Signal Strength - RSS) veya “varış zamanı” (Time of Arrival - ToA) ölçümlerine dayalı referans noktasından mesafe gibi doğru bilgi kullanan algoritmalardır. Tipik olarak bu algoritmalar “kızıl ötesi” (Infrared - IR), “ses” (Ultra Sound - US) veya “radyo frekans” (Radio Frequency - RF) sinyalleri gibi teknolojileri kullanır.

- Kaba algoritmalar, verilen referans noktasına yakınlık gibi daha az doğru bilgileri kullanan algoritmalardır. Kaba algoritmalar, atlama sayısı gibi basit teknikleri kullanarak düğümler arası mesafeyi tahmin eder.

Dördüncü grup algoritmalar, hesaplamanın dağıtıklığına dayalı olarak merkezi ve dağıtık olarak iki alt gruba sınıflandırılabilir [44]:

- Merkezi algoritmalarda, bütün düğümler konumlama problemini çözmek için tek bir bilgisayara bilgi yayınlar ve hesaplama bu bilgisayarda merkezi olarak yapılır.

- Dağıtık algoritmalarda hesaplama yükü ağdaki düğümler arasında eşit olarak dağıtılır. Her düğüm komşu düğümlerinden konum bilgisini alır, işler ve elde ettiği sonuçları geri iletir.

Düğümler ortama bırakıldıklarında konumlarını bilmezler. Aynı ortama el ile ayarlanmış ya da GPS cihazı ile konumunu bilen çapa olarak isimlendirilen düğümler

atılır ya da düzenli konulur. Çapa düğümler kendi konumlarını düzenli aralıklarla ya da istek üzerine işaret mesajı olarak yayınlar. Konumunu bilmeyen düğümler bu bilgileri kullanarak konum bulma algoritmalarını çalıştırır ve kendi konumlarını tahmin hesaplaması yaparlar. Bazı konum algoritmaları çapasız kendi koordinat sistemlerini kurarak çalışırlar [45].

Konum bulma teknikleri mesafe tahminine dayalı olarak mesafe tabanlı ve mesafe serbest olmak üzere ikiye ayrılır [43, 44, 45]:

- Mesafe tabanlı konum bulma teknikleri, düğümler arasındaki mesafeyi ölçmede özel donanımlar kullanırlar. En fazla kullanılan teknikler, “varış zamanı”, “varış zamanı farkı” (Time Difference of Arrival - TDoA), “alınan sinyal güç göstergesi” (Received Signal Strength Indicator - RSSI), “algılayıcı düğümler arasındaki açı” (Angle of arrival - AoA) teknikleridir. Yeteri kadar ölçüm aldıktan sonra merkezi ya da dağınık olarak düğümün pozisyonu hesaplanır.

- Mesafe serbest konum bulma teknikleri, özel donanım gerektirmez. Mesafe tahmin etmede iki düğüm arasındaki en kısa yolu kullanırlar [45]. Mesafe serbest konum bulma tekniklerinin doğruluğu, çoğu uygulamanın ihtiyaçlarını karşılayabilecek düzeyde olsa bile mesafe tabanlı konum bulma tekniklerine göre daha azdır. Mesafe serbest konum bulma teknikleri, kaynak kısıtlı düğümler için daha basit ve uygun maliyetlidir [43].

ToA tekniğinde iyi bir saat eşlemeli ağ gerekirken, TDoA tekniğinde her düğümde ek donanım gerekmektedir. RSSI ek donanım ya da zaman eşlemesi istemez ancak çevre şartlarından radyo sinyalinin etkilenmesinden dolayı doğruluğu azdır. Ancak eski radyolar üzerinde yapılan çalışmalar yeni radyo örneğin CC2420 ile denendiğinde sonuçlar çok daha başarılı olmuştur [45].

Ucuz GPS alıcılarda ölçümlerin %95’inde 10 metreye kadar konumlama yapılır. Senaryoya göre 2 ile 30 metre arasında konumlama hatası yapar [46].

51

konumlama prensipleri ve algoritmaları ile ilgili yaptıkları çalışmada kullanılan yönteme göre radyolar 5 ile 50 metre arası iletim sahasında etkinlik göstermektedir. Kullanılan her donanımın kendine göre artı ve eksileri bulunur. Mesela US tabanlı yöntemler RF tabanlı yöntemlere göre daha mükemmel doğruluğa sahip iken hedefin görüş açısı içerisinde olmaları gerekir. Elde edilen doğruluk 2 cm ile 10 m aralığındadır. Değerlendirilen protokollerin büyük çoğunluğunda hata oranı radyo iletim sahasının %5'in altında iken diğerlerinde en fazla %20 oranındadır [47].