Kablosuz Algılayıcı Ağlar (Wireless Sensor Networks-WSN)

Sensörler Her yerde

• Otomobiller

• Telefonlar

• Fabrikalar

• Tarlalar

• …

Sensör Ağın Tanımı

• WSN, birlikte çalışarak etraflarını algılayabilen, insanlarla, bilgisayarlarla ve çevresiyle etkileşebilen düğümlerin ağı.

Sensör Ağların Tarihçesi

• Askeri amaçlı olarak geliştirilmiş • 1980’lerin başları • DARPA’nın distributed sensor networks programı

– Düşük maliyetli, az enerji tüketen sensör düğümlerin çevreyi gözlemlemesi, topladıkları verileri diğer düğümler üzerinden bir merkeze aktarması

• Bazı zorluklar vardı – Sensörler çok büyüktü – Kablosuz haberleşme kapasiteleri düşüktü

• 1998’den başlayarak daha popüler hale geldi – Sensörler küçüldü – Ad hoc ağ kurma kabiliyetleri kazandılar

• Ticarileşme – Sensör masrafları 11 milyar $ – Bunların işlevsel hale getirilmesi (kurulması) 100 milyar $

• Kablosuz cihazların endüstriyel ortamlarda kullanılma oranı 2011’den 2016’ya %553 artacak

Sensör Ağların Teknolojisi

• Genellikle şunları içerir

– Sensör düğümler

– Aktüatör düğümler

– İstemciler

– Gatewayler

Sensör Ağların Teknolojisi

Sensör Düğüm

Sensör Düğüm

• Boyutlar – 557mm 3 ve 1.6 gram

– Enerji ihtiyacı

– Ortam enerjisi

– Piller

Topoloji

Enerji kısıtlı. Dolayısı ile kapsama alanı da kısıtlı.

Topoloji

• Kendi kendine organize olabilme – Sensörlerin konumları rasgeledir – Yerleri değişebilir

• Mesh ağlar – Ağın dayanıklılığını arttırır – Düğüm, komşularının sinyal kuvvetlerini izler. Uygun

komşuyu seçer. Atlama noktası olarak kullanmak istediğini iletir ve iletişim başlar.

• Adresleme – İlk sensör ağlar kendilerine has adresler kullanıyorlardı – 6LowPan, ZigBee

Topoloji

Topoloji

• Adaptif akış kontrolü – Kablolu ağlardaki paket kayıpları «tıkanıklıktan» olur

– Kablosuz ortamlarda tek neden bu değildir

• Veri Birleştirme – Yakın sensörlerin verileri «artıklık» içerebilir

– Ara düğümler bunları özetleyip iletebilirler

– Enerji sarfiyatı azalır

– Ancak, kablosuz ortamlarda veri kaybı çok olduğundan istemeyerek veri kayıplarına yol açabilir

Sensör Ağlardaki Zorluklar

• Bütün zorlukları özetleyen tek kelime: ölçeklenme

• Kullanım Durumlarının Çeşitliliği

• Enerji

• Ortama Erişim

• Yönlendirme

• Veri Toplama

• Veri Yorumlama

• Güvenlik

Sensör Ağların Uygulamaları

• Tarım

– Toprak koşulları

– Bitkilerin durumu

• Çevre

– Hava kirliliği

– Su kaynakları

• Güvenlik

– Sınır ihlalleri

Standartlaştırma Çalışmaları

• IEEE 802.15.4

• Bluetooth Low Energy

• CoAP

• GeoSPARQL

• …

Su altı Sensör Ağları

• Petrol endüstrisi

• Su ürünleri

• Kirlilik kontrolü

• İklim gözlemi

• Doğal afet tahmini

• Arama kurtarma

• Otonom su altı araçları

• …

Su altı Sensör Ağları

Su altı Sensör Ağları

• Elektomanyetik dalgalar suda emilir

• Akustik dalgalar – Mesafe

– Veri oranı

– Hız (1500 m/s)

• Birkaç kbps veri oranı ve birkaç km saplayan akustik modemler mevcut

• Su altı ekipmanları pahalı

• Enerji kısıtı