telsiz duyarga ağları

[ReiS_]

Telsiz Duyarga Ağları

Mikro elektro-mekanik sistem (MEMS), telsiz iletişim ve sayısal elektronik teknolojilerinde son yıllarda gerçekleşen gelişmeler düşük maliyetli, güç ihtiyacı az olan, çok fonksiyonlu duyargaların üretilebilmesine olanak sağlamıştır. Genellikle bir kibrit kutusu büyüklüğünde, bazı uygulamalarda bir cm3 ve daha küçük olabilen bu duyargalar kısa mesafelerde telsiz ortam üzerinden birbirleri ile haberleşebilmektedirler. Algılama, haberleşme ve işlem güçlerine sahip küçük duyargalar binlerce duyarganın birbiri ile işbirliği yaparak bir nesne veya olayı algılanmalarına dayanan telsiz duyarga ağları fikrinin oluşturulmasını sağlamıştır. Telsiz duyarga ağları aşağıdaki iki yaklaşımdan birisine göre kullanılan geleneksel duyargalar ile karşılaştırıldığında bir çok ilave yetenek kazandırmaktadırlar [15]:

• Geleneksel duyargalar algılanacak nesne veya olaydan uzakta konuşlandırılabilirler. Bu yaklaşım, hedeflerden gelen işaretlerin diğer nesne, olay ve her türlü elektronik gürültü kaynağından ayırt edilebilmesini sağlayacak karmaşık yöntem ve teknolojilere ihtiyaç duyan büyük hacimli duyargaları gerektirmektedir. Sahil gözetleme radarları ve hava radarları bu sınıfa girmektedir.
  
  
• Sadece algılama yapan ve algılama sonuçlarını işlem merkezlerine gönderen kısıtlı sayıdaki geleneksel duyargalar hedef nesne veya bölgenin yakınına veya içine yerleştirilirler. Bu durumda duyargaların yerlerinin ve duyargalardan gelen bilgileri merkezi sisteme taşıyacak iletişim ağının önceden dikkatlice planlanması gerekmektedir. Sismik duyarga ağları bu sınıfa giren bir duyarga uygulamasıdır.
  
  Telsiz duyarga ağları konsepti ise çok sayıda duyarganın hedef bölgenin içine veya yakınına bırakılmasına dayanmaktadır. Duyarga sayıları bazı uygulamalarda milyonlar ile ifade edilmektedir. Duyarga yoğunlukları ise bazen bir metreküpte 20 duyarga gibi rakamlara ulaşabilmektedir. Duyarga ağları, her bir duyarganın yeri planlanmadan ve süratle hedef bölgeye konuşlandırılabilmektedir. Bu, duyarga ağlarının askeri harekatlarda, doğal felaketler sonrasında ve erişilmez arazide saçılarak konuşlandırılmalarına olanak sağlamaktadır. Böyle bir yetenek, duyarga ağlarının kendi kendilerini organize edecek teknolojilere sahip olmasına dayanmaktadır. Duyarga ağlarının diğer önemli bir özelliği birbirleri ile yardımlaşarak çalışmalarıdır.
  
  Duyarga ağlarındaki duyargalar bir işlemciye sahiptirler. Bunun sayesinde ham veriyi merkezi sistemlere göndermek yerine çevrelerindeki diğer duyargalar ile haberleşerek işler ve kısmen işlenmiş bilgiyi geriye iletirler. Böylece birleştirme (algılama verilerinin diğer kaynaklardan alınan verilerle de birleştirilerek anlamlı bilgilere dönüştürülmesi) işlemine daha veri kullanıcılar ile etkileşen sistemlere iletilirken başlanmaktadır. Bu yetenekler duyarga ağlarının askeri, sağlık, çevre ve ticari gibi birçok uygulama alanı bulmasını sağlamaktadır. Örneğin bir hastanın fizyolojik durumu doktoru tarafından uzaktan takip edilebilir. Bu uygulama hastanın rahat etmesine ve doktorun hastasının o anki durumunu etkinlikle kontrol etmesine imkan sağlar. Duyarga ağları havadaki ve sudaki yabancı kimyasal maddeleri tespit etmek için de kullanılabilir. Kirlenmeye sebep olan maddenin cinsini, yoğunluğunu ve yerini tespit edebilirler. Sonuç olarak, duyarga ağları kullanıcılarını çevrelerini daha iyi anlamalarını ve gözlemlemelerini sağlayacak bilgi ile donatırlar. Duyarga ağları konsepti sadece algılama maksadıyla kullanılmayabilir. Çok sayıda küçük donanım ve yazılımın birbiri ile etkileşerek ve yardımlaşarak çalışmasını gerektirecek her türlü uygulamada telsiz duyarga ağları için geliştirilen teknolojilerin kullanılması mümkündür. Gelecekte duyarga ağları teknolojilerinin hayatımızın
  

Genetlab:AR-GE/21.10.2005/WSNTechnologyTelsiz Duyarga Ağları bütünleşik bir parçası olacaklarına ve bir çok yerde farkına varmadan bu ağların parçası olan birimleri

kullanacağımıza inanılmaktadır.

Duyarga ağlarının tam olarak kullanılmaya başlanılabilmesi için yeni, güç ihtiyacı düşük olan telsiz iletişim teknolojilerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Mevcut altyapısız telsiz bilgisayar ağı teknolojileri [20] şu sebeplerden dolayı duyarga ağlarının ihtiyaçlarını karşılayamamaktadır:

• Duyarga ağlarındaki duyarga sayısı büyük bir telsiz bilgisayar ağındaki bilgisayarlardan yüzlerce misli daha fazla olabilmektedir.
  
  
• Duyarga ağları çok yoğun olarak konuşlandırılmaktadır. Normal koşullarda duyargalar arasındaki mesafe birkaç metre ile sınırlıdır.
  
  
• Duyarga ağlarındaki duyargalar bilgisayarlar veya diğer telsiz haberleşme donanımı ile karşılaştırıldığında çalıştıkları ortamlar ve güç tüketimi sebebi ile çok daha yüksek oranda arıza yapabilmektedir.
  
  
• Duyarga ağlarındaki haberleşme hatları çok daha sık değişebilmektedir.
  
  
• Duyarga ağlarındaki duyargalar daha kısıtlı işlemci gücü, enerji ve belleğe sahiptir.
  
  
• Duyarga ağlarındaki duyargaların ayrı kimlikleri (adresleri) yoktur.
  
  Telsiz duyarga ağlarındaki en önemli tasarım kısıtlarının başında güç tüketiminin düşük olması zorunluluğu gelir. Duyargalar genellikle değiştirilemeyen ve sınırlı kapasiteleri olan pillerde depolanan enerjiden yararlanarak çalışırlar. Bu nedenle sıradan bilgisayar ağlarında hizmet kalitesi parametreleri daha önemli iken, duyarga ağlarında öncelikle duyarga ağının ömrünü uzatacak düşük güç tüketimi olan tekniklerin geliştirilmesi üzerinde durulur.
  
  Çok sayıda bilim adamı bu koşullara uygun iletişim teknolojilerinin geliştirilmesi için çalışmaktadır. Bu bölümde duyarga ağları için geliştirilmiş olan protokoller ve algoritmalar üzerinde duracağız. Duyarga ağları uygulamalarını, duyarga ağı ile ilgili teknolojilerin geliştirilmesine etki eden faktörleri ve şimdiye kadar değişik katmanlar için yapılmış önerileri inceleyeceğiz.