Nesnelerin İnternetinin Yapısı

IoT'nin yapısını oluşturan katmanlardan bazıları; algılama katmanı, ağ katmanı, ara yazılım katmanı, ortak platform katmanı ve uygulama katmanıdır. Tarımsal alanda kullanılan IoT yapısına ait örnek çalışma Şekil 3’te gösterilmiştir. Bazı incelemelerde görülebileceği gibi IoT, büyük gelişmelere rağmen hala gelişmekte ve nihai şeklini almaya

çalışmaktadır (Atzori ve ark, 2010; Botta ve ark., 2014; Gubbi ve ark., 2013; Miorandi ve ark., 2012). Terim olarak "İnternet", ağ oluşturma yeteneğinin IoT cihazlarının temel özelliklerinden biri olduğunu belirtmektedir. Bugün bildiğimiz haliyle internet, çoğunlukla insan son kullanıcıların internetidir ve IoT yapısında insan bulundurmayan bir varlıklar internetidir, bu nedenle çok sayıda makineden makineye (M2M) iletişim gerçekleşecektir. Bir IoT'nin kritik bir gerekliliği, ağdaki nesnelerin birbirine bağlı olmasıdır. IoT sistem mimarisi, fiziksel ve sanal dünyalar arasındaki boşluğu dolduran IoT işlemlerini garanti etmelidir. IoT mimarisinin tasarımı, ağ oluşturma, iletişim, iş modelleri ve süreçleri ve güvenlik gibi birçok faktörü içerir (Ulmer ve ark., 2013; Van Looy ve ark., 2014). IoT mimarisini tasarlarken,

cihazlar ve bunların iş modelleri arasında genişleyebilmesi,

ölçeklenebilirlik ve birlikte çalışabilirlik dikkate alınmalıdır. Nesnelerin coğrafi olarak hareket edebilmesi ve gerçek zamanlı modda başkalarıyla etkileşime girmesi gerekmesi nedeniyle, IoT mimarisi, cihazların diğer nesnelerle dinamik olarak etkileşime girmesini sağlamak ve olayların net iletişimini desteklemek için uyarlanabilir olmalıdır.

Şekil 3. Tarımda IoT sisteminin örnek yapısı

• Algılama katmanı

Bu katman, çeşitli sensörler, terminal cihazları, tarım makineleri, kablosuz sensör ağı (WSN), RFID etiketleri ve okuyucular gibi farklı türlerde veri sensörlerinden oluşmaktadır. Yaygın sensörler, çevresel sensörler, hayvan ve bitki yaşamı bilgi sensörleri ve tarımla ilgili diğer sensörlerdir. Bu sensörler aracılığıyla sıcaklık, nem, rüzgâr hızı, bitki hastalıkları, böcek zararlıları ve hayvanların yaşamsal belirtileri gibi bilgiler elde edilebilmektedir. Bu katmanın temel amacı, benzersiz nesneleri tanımlamak ve ilgili sensör veya sensörlerin yardımıyla gerçek dünyadan elde edilen yani toplanan verilerle ilgilenmektir. Toplanan bilgiler, gömülü cihaz tarafından basitçe işlenir ve daha fazla işlem ve analiz için ağ katmanı aracılığıyla daha yüksek bir katmana

yüklenir (Shi ve ark., 2019). Bir IoT'nin algılama katmanını belirlerken aşağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır.

-Maliyet, boyut, kaynak ve enerji tüketimi: Nesneler, RFID etiketleri,

sensör düğümü gibi algılama cihazlarıyla donatılmış olabilir. Karmaşık sistem uygulamalarındaki çok sayıda sensör nedeniyle, akıllı cihazlar, gerekli kaynakları ve maliyetleri en aza indirecek şekilde tasarlanmalıdır.

-Dağıtım: Algılayıcı nesneler (RFID etiketleri, sensörler, vb.), uygulamaların gereksinimlerine bağlı olarak tek seferlik veya aşamalı olarak ya da rastgele yerleştirilebilir.

-Heterojenlik: Farklı özelliklere sahip çeşitli nesneler, IoT'ni çok heterojen hale getirir ve bu durum sistemin kullanım alanlarını ve çeşitliliğini arttırmaktadır.

-İletişim: Sensörler, her nesneyi erişilebilir ve geri alınabilir kılmak için iletilebilir olmalıdır.

-Ağ: Nesneler multi-hop, mesh veya ad hoc ağlar denilen sistemler tarafından organize edilmelidir.

• Ağ katmanı

Ağ katmanı, çeşitli iletişim ağları ve internetin oluşturduğu birleşik bir ağ içeren IoT altyapısıdır. İletim ortamı CAN veriyolu ve RS485 veriyolu gibi kablolu teknoloji veya Zigbee, Bluetooth, LoRa ve NB-IoT gibi kablosuz teknoloji olabilir. Bu katmanın amacı, algı katmanından elde edilen toplanan bilgileri, internet, mobil ağ veya diğer

belirli bir güvenilir ağ gibi mevcut iletişim ağları aracılığıyla herhangi bir belirli bilgi işleme sistemine iletmektir (Xue ve ark., 2012). Ağ katmanı, yalnızca algılama katmanı tarafından toplanan çeşitli türdeki tarımla ilgili bilgileri üst katmana iletmekle kalmaz, aynı zamanda uygulama katmanının kontrol komutlarını algılama katmanına gönderir, böylece algılama katmanının ilgili cihazları karşılık gelen eylemleri alır (Shi ve ark., 2019; Patil ve ark., 2012). Öte yandan, bir ağın ağdaki nesneleri otomatik olarak keşfetmesi ve haritalaması önemlidir. Nesnelerin davranışlarını dağıtmak, yönetmek ve planlamak için otomatik olarak rollerin atanması ve gerektiğinde herhangi bir zamanda herhangi bir role geçebilmesi gerekmektedir. Bu, cihazların görevleri iş birliği içinde gerçekleştirmesini sağlar. Ağ katmanında, aşağıdaki sorunlar ele alınmalıdır:

-Yönetme dâhil ağ yönetimi teknolojileri ile sabit, kablosuz, mobil ağlar,

-Ağ enerji verimliliği, -QoS Gereksinimleri,

-Madencilik ve arama teknolojileri, -Veri ve sinyal işleme,

• Ara yazılım katmanı

IoT, farklı cihazlar için farklı hizmet türleri sağlayabilir. Her bir cihazın teknik özellikleri (işlemci, güç kaynağı, iletişim modülü) ve sistemi farklıdır, dolayısıyla farklı cihazlar birbirine bağlanamaz ve birbiriyle iletişim kuramaz. Bu durum sistemde heterojenite sorunlarına yol açar. Nesnelerin interneti teknolojisi ara katman kümeleri filtreler ve IoT cihazlarından alınan verileri işler, yukarıdaki sorunların işlem süresini ve maliyetini büyük ölçüde azaltır ve geliştiricilere uygulamalarını oluşturmak için daha çok yönlü bir araç sağlar. Ayrıca, yeni hizmet geliştirme ve yeni cihaz dağıtımının adımlarını basitleştirerek eski mimarilere daha hızlı entegre olmalarını sağlayarak IoT'nin birlikte çalışabilirliğini iyileştirir. Ara yazılım, yeni hizmetlerin geliştirilmesini ve eski teknolojilerin yenilerine entegrasyonunu basitleştirmedeki ana rolü nedeniyle büyük ilgi görmüştür (Atzori ve ark., 2010). Ayrıca, ara katman yazılımı, bulut altyapısını Servis Odaklı Mimari (SOA) ve sensör ağlarını genel bir şekilde birleştiren, her tür dağıtım için uygun araçları sağlamaya hazır bir mekanizmadır (Ghosh ve Das, 2008). SOA yaklaşımı, piyasanın dayattığı değişikliklere kendini uyarlamak için harcadığı zamanı azaltarak işletmeye fayda sağlar ve hizmet uygulamaları söz konusu olduğunda teknolojiden bağımsız olduğu için yazılım ve donanımın yeniden kullanımına izin verir (Pasley, 2005). Gelecekteki tarımsal IoT birbirine bağlı cihazlar arasında sensörler, bağlı makineler ve araçlar, hava istasyonları, internet ağ geçitleri, ağ depolama, RFID tarayıcılar, akıllı telefonlar, tabletler, giyilebilir cihazlar ve diğer birçok cihaz bulunabilir.

• Ortak platform katmanı

Ortak platform katmanı, sistemdeki bilgilerin depolanması, karar verme, özet ve istatistiklerinden ve akıllı kontrol, akıllı karar verme, teşhis muhakemesi, erken uyarı gibi tarımsal üretim süreci için çeşitli algoritma ve modellerin oluşturulmasından sorumludur. Bu katman, bulut bilişim, sis bilişim, uç bilişim, büyük veri, makine öğrenimi algoritması, diğer yaygın çekirdek işleme teknolojileri ve kuruluş modelinden oluşur (Shi ve ark., 2019).

• Uygulama katmanı

Uygulama katmanı, cihazların benzersiz varlıklar olarak tanımlanması gibi çözülmesi gereken çeşitli sorunlarla ilgilenen katmandır. Dünyanın dört bir yanındaki milyarlarca cihazın belirlenmesi ve adreslenmesi, gelecekteki internet üzerinden bunlar üzerinde doğrudan internet benzeri bir erişim ve kontrol sağlayacaktır. Katman; kimlik, güvenilirlik, kalıcılık ve ölçeklenebilirliğin benzersizliği, adresleme şemasının önemli özelliklerini temsil eder (Gubbi ve ark., 2013). Uygulama katmanı, mimarinin en üst seviyesidir ve IoT'nin değerinin ve kullanımının en belirgin olduğu yerdir. Bu katmanın ana görevi, toplanan bilgileri analiz etmek ve işleyerek gerçek kelimenin dijital farkındalığını geliştirmektir. Bu katman, kullanıcıların ihtiyaçlarına ve Akıllı Ev, Akıllı Çevre, Akıllı Ulaşım ve Akıllı Hastane gibi farklı endüstri türlerine dayalı olarak IoT'nin çeşitli pratik uygulamalarını gerçekleştirir Bitki ve hayvanların çevresel izlenmesi ve kontrolü, hastalıkların ve haşerelerin erken uyarı ve yönetimi ve tarımsal ürün

güvenliği izlenebilirliği için çok sayıda akıllı platform veya sistem bulunmaktadır. Bu sistemlerin uygulama katmanının geliştirilmesi üretim verimliliğini artırmanın yanı sıra zamandan ve maliyetten tasarruf sağlayabilir (Shi ve ark., 2019). Son olarak uygulama katmanı, sanal nesnelere dayalı belirli kontrol görevleri için zekâ sağlar. İzleme ve izleme, bir nesnenin dinamik durumunun izlenmesi, olay yönetimi,

optimizasyon ve otonom nesneler için hizmetler içerir. Tarım ve gıda

alanındaki mevcut IoT, çoğunlukla izleme, izleme, izleme ve olay yönetimi dahil olmak üzere temel işlevlere odaklanır (Verdouw ve ark., 2016).