HAREKETL L K, TIKANIKLIK VE ÇEK MEN N IEEE TABANLI A LARDAK A IN PERFORMANSINA OLAN ETK LER N N NCELENMES

Transkript

1 EGE ÜN VERS TES FEN B L MLER ENST TÜSÜ (YÜKSEK L SANS TEZ ) HAREKETL L K, TIKANIKLIK VE ÇEK MEN N IEEE TABANLI A LARDAK A IN PERFORMANSINA OLAN ETK LER N N NCELENMES Ça da DÖNERTA Elektrik-Elektronik Mühendisli i Anabilim Dal Bilim Dal Kodu : Sunu Tarihi : Tez Dan man : Radosveta SOKULLU Bornova- ZM R

2 II

3 III Ça da DÖNERTA taraf ndan Yüksek Lisans tezi olarak sunulan Hareketlilik, Tikaniklik Ve Çeki menin Ieee Tabanli A lardaki A in Performansina Olan Etkilerinin ncelenmesi ba l kl bu çal ma E.Ü. Lisansüstü E itim ve Ö retim Yönetmeli i ile E.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü E itim ve Ö retim Yönergesi nin ilgili hükümleri uyar nca taraf m zdan de erlendirilerek savunmaya de er bulunmu ve...tarihinde yap lan tez savunma s nav nda aday oybirli i/oyçoklu u ile ba ar l bulunmu tur. Jüri Üyeleri: mza Jüri Ba kan : Raportör Üye: Üye :......

4 IV

5 V ÖZET HAREKETL L K, TIKANIKLIK VE ÇEK MEN N IEEE TABANLI A LARDAK A IN PERFORMANSINA OLAN ETK LER N N NCELENMES DÖNERTA, Ça da Yüksek Lisans Tezi, Elektrik Elektronik Mühendisli i Bölümü Tez Yöneticisi: Yard. Doç. Dr. Radosveta SOKULLU Eylül 28, 239 sayfa Bu tezde de i en dü üm say lar, farkl aktiflik periyotlar (MAC seviyesinde kullan lan superframe yap s n n yar -aktif periyot ve tamaktif periyot diye iki k s mda incelenmesi) ve farkl arabellek boyutlar gibi de i en a parametrelerinin a n uçtan uca t kan kl ve yerel çeki menin kablosuz duyarga a lar na olan etkileri üzerinde çal lm t r. Bu etkiler; tüm dü ümlerin sabit olduklar durum, tüm dü ümlerin hareketli olduklar durum, koordinatör dü ümünün sabit di er dü ümlerin hareketli olduklar durum ve son olarak da koordinatör dü ümünün hareketli di er dü ümlerin sabit olduklar durum olmak üzere dört farkl senaryo üzerinde incelenmi tir. Benzetimler IEEE ün dilimlenmi CSMA-CA modunda, i aret-olan (beacon- enabled) durumda, AODV yönlendirme protokolünde, Random Waypoint hareketlilik modeli baz al narak ve Network Simulator-2.31 (ns-2.31) benzetimci program kullan larak yap lm t r. De i en a parametrelerinin etkileri paket da t m oran dikkate al narak incelenmi ve de i en ko ullarda hangi parametrelerin daha iyi sonuç verdikleri ara t r lm t r. Duyarga dü ümlerinin kendi aralar nda olan yerel etkile imlerinin a n performans n etkiledi i benzetimler sonucunda aç kça görülmektedir. Dü ük h zl hareketlilik de a n performans n artt rmaktad r. Anahtar sözcükler: IEEE i aret-olan (beacon-enabled) durum, Dü ük H zl Kablosuz Ki isel Alan A lar, kablosuz duyarga a lar, uçtan uca t kan kl k ve yerel çeki me.

6 VI

7 VII ABSTRACT COMBINED EFFECTS OF MOBILITY, CONGESTION AND CONTENTION ON NETWORK PERFORMANCE FOR IEEE BASED NETWORKS DÖNERTA, Ça da MSc in Electrical Electronic Eng. Supervisor: Assist. Prof. Dr. Radosveta SOKULLU September 28, 239 pages In this thesis, the effect of changing network conditions like different number of nodes, different active periods and different buffer sizes, on the end-to-end congestion and local contention are investigated in the light of wireless sensor networks. The experiments are organized in four different scenarios: a wireless sensor network composed of all nodes are static, all nodes randomly moving, coordinator node static other nodes randomly moving and finally, when the coordinator node is randomly moving while other nodes are static. Simulations are done using Network Simulator-2.31 (ns-2.31), based on IEEE slotted CSMA, beacon-enabled mode, with AODV routing protocol and Random Waypoint model as a mobility model. Effects of changing network parameters are investigated in regards to packet delivery ratio and which parameters are best suited in different conditions. The results of our analysis demonstrate that local interactions between sensor nodes directly affect the overall network performance. Incorporating low mobility can also lead to increasing the network performance. Keywords: IEEE beacon-enabled mode, LR-WPANs, wireless sensor networks, end to end congestion and local contention.

8 VIII

9 IX TE EKKÜR Bu tez çal mas n n her a amas nda benden yard m n esirgemeyen, beni yönlendirip motive eden de erli hocam ve dan man m Sn. Yrd. Doç. Dr. Radosveta Sokullu ya sonsuz te ekkürlerimi sunar m. Tezimde kulland m benzetim program nda benden daha tecrübeli olan Yük. Müh. L. Özlem Karaca ya tecrübelerini benimle payla t için te ekkür ederim. Bu konumuma gelmemde desteklerini, sevgilerini ve anlay lar n hiçbir zaman esirgemeyen sevgili aileme çok te ekkür ederim. Son olarak, yüksek lisans e itimim boyunca bana burs veren TÜB TAK a beni destekledi i için te ekkürü bir borç bilirim.

10 X

11 XI Ç NDEK LER Sayfa ÖZET...V ABSTRACT...VII TE EKKÜR...IX EK LLER D Z N...XV Ç ZELGELER D Z N...XXI S MGELER VE KISALTMALAR D Z N...XXII 1.G R ÖNCEK ÇALI MALAR TASARSIZ A LAR Tasars z A Yönlendirme Protokollerinin S n fland r lmas Proaktif protokoller Reaktif protokoller Hibrit protokoller Aodv Yol ke if Yol bak m IEEE WPAN Superframe Yap s Csma-ca Algoritmas Veri Transfer Modeli TIKANIKLIK VE YEREL ÇEK ME Kablosuz Duyarga A lar nda T kan kl k ve T kan kl k Kontrol Mekanizmalar...51

12 XII Ç NDEK LER (devam) Sayfa 5.2 IEEE CSMA/CA Kullanan Kablosuz Duyarga A lar ndaki Çeki me ve T kan kl k Çapraz Katman Tasar m n n Gereklili i KABLOSUZ DUYARGA A LARINDA HAREKETL L K Genel Tan m Hareketlilik Modelleri Random Waypoint Hareketlilik Modeli Tan m Random Waypoint Modelin S n rlamalar H za geçici ba ml l k H za uzaysal ba ml l k Hareketlili in co rafi s n rlamalar BENZET MLER VE SONUÇLAR Kullan lan Benzetim Arac ve Yap s Network Animator (NAM Tasarlanan C++ kodu Benzetimleri De erlendirmede Kullan lan Kriter Gerçekle tirilen Benzetim Senaryolar Superframe yap s ndaki aktifli in incelendi i senaryolar Tüm dü ümlerin sabit olduklar durum Tüm dü ümlerin hareketli olduklar durum Koordinatör dü ümünün sabit, di er dü ümlerin hareketli olduklar durum...99

13 XIII Ç NDEK LER (devam) Sayfa Koordinatör dü ümünün hareketli, di er dü ümlerin sabit olduklar durum Arabellek boyutu etkisinin incelendi i senaryolar Tüm dü ümlerin sabit olduklar durum Tüm dü ümlerin hareketli olduklar durum Koordinatör dü ümünün sabit, di er dü ümlerin hareketli olduklar durum Koordinatör dü ümünün hareketli, di er dü ümlerin sabit olduklar durum Dü üm yo unlu unun etkisinin incelendi i senaryolar Tüm dü ümlerin sabit olduklar durum Tüm dü ümlerin hareketli olduklar durum Koordinatör dü ümünün sabit, di er dü ümlerin hareketli olduklar durum Koordinatör dü ümünün hareketli, di er dü ümlerin sabit olduklar durum Dü en paketlerin sebeplerinin incelendi i senaryolar Tüm dü ümlerin sabit olduklar durum Tüm dü ümlerin hareketli olduklar durum Koordinatör dü ümünün sabit, di er dü ümlerin hareketli olduklar durum...156

14 XIV Ç NDEK LER (devam) Sayfa Koordinatör dü ümünün hareketli, di er dü ümlerin sabit olduklar durum Önerilen Yol Haritas (Roadmap) Superframe yap s ndaki aktifli in incelendi i senaryolar Arabellek boyutu etkisinin incelendi i senaryolar Dü üm yo unlu unun etkisinin incelendi i senaryolar Dü en paketlerin sebeplerinin incelendi i senaryolar SONUÇ VE TARTI MA YARARLANILAN KAYNAKLAR EKLER Ek A Senaryolar çin Gereken Tcl Dosyas n n Olu turulmas Ek B Benzetimlerin Sonuçlar n De erlendirmek çin Gereken C++ Program B.1 Koordinatör dü ümünün uygulama katman n n ald cbr paketlerinin hesaplanmas B.2 Di er dü ümlerin mac katman ndan gönderdikleri cbr paketler toplam...21 B.3 Yönlendirme katman, mac katman ve fq dan kaynaklanan dü en paketlerin hesaplanmas...24 B.4 Yönlendirme katman ndaki sadece ifq dan kaynaklanan dü en paketlerin hesaplanmas...27 B.5 Dü en paketlerin tümünün hesaplanmas...21 ÖZGEÇM...213

15 XV EK LLER D Z N ekil Sayfa 3.1 Kablosuz a yap s Kablosuz duyarga dü ümü Duyarga a lar ndaki protokol yap s Kablosuz duyarga a lar n n basitçe yap s AODV protokolünde ileri ve geri yol kurulumu AODV deki ROUTE REQUEST paketleri AODV deki ROUTE REPLY paketleri AODV de ileri yöndeki yol düzeni Superframe yap s na bir örnek CSMA-CA algoritmas aret-olan a da koordinatöre olan ileti im aret-olmayan a da koordinatöre olan ileti im aret-olan a da koordinatörden ileti im aret olmayan a da koordinatörden ileti im Hareketli Tasars z A larda (MANET) hareketlilik modellerinin s n fland r lmas Tasars z a larda hareketlili in performans üzerine olan etkisi Random Waypoint modelinde dü üm hareketlili ine bir örnek ns-2.31 uygulamas na bir örnek ns-2.31 de kablosuz a lar için var olan baz protokoller ve paradigmalar ns-2.31 in basit kullan c görünü ü.....8

16 ekil XVI EK LLER D Z N (devam) Sayfa 7.4 Tüm dü ümlerin sabit olduklar durumun topolojisi (41 dü üm için) Tüm dü ümlerin sabit olduklar durumun topolojisi 2 (41 dü üm için) Arabellek boyutunun 5 oldu u farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Arabellek boyutunun 2 oldu u farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Tüm dü ümlerin hareketli olduklar durumun topolojisi (26 dü üm için) Tüm dü ümlerin hareketli olduklar durumun topolojisi 2 (26 dü üm için) Arabellek boyutunun 5 oldu u farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Arabellek boyutunun 2 oldu u farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Koordinatör dü ümünün sabit, di er dü ümlerin hareketli olduklar durumun topolojisi (31 dü üm için) Koordinatör dü ümünün sabit, di er dü ümlerin hareketli olduklar durumun topolojisi 2 (31dü üm için) Arabellek boyutunun 5 oldu u farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi...13

17 ekil XVII EK LLER D Z N (devam) Sayfa 7.15 Arabellek boyutunun 2 oldu u farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Koordinatör dü ümünün hareketli, di er dü ümlerin sabit olduklar durumun topolojisi (36 dü üm için) Koordinatör dü ümünün hareketli, di er dü ümlerin sabit olduklar durumun topolojisi 2 (36 dü üm için) Arabellek boyutunun 5 oldu u farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Arabellek boyutunun 2 oldu u farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Tam-aktif periyod da farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Yar -aktif periyod da farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Tam-aktif periyod da farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Yar -aktif periyod da farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Tam-aktif periyod da farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Yar -aktif periyod da farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi...127

18 ekil XVIII EK LLER D Z N (devam) Sayfa 7.26 Tam-aktif periyod da farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Yar -aktif periyod da farkl paket gönderim oranlar n n incelenmesi Farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü üm yo unlu unun incelenmesi Farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü üm yo unlu unun incelenmesi Farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü üm yo unlu unun incelenmesi Farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü üm yo unlu unun incelenmesi Saniyede 1 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 5 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 1 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 15 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 2 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi...147

19 ekil XIX EK LLER D Z N (devam) Sayfa 7.37 Saniyede 1 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 5 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 1 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 15 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 2 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 1 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 5 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 1 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 15 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 2 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 1 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi...162

20 ekil XX EK LLER D Z N (devam) Sayfa 7.48 Saniyede 5 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 1 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 15 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi Saniyede 2 paket gönderildi inde farkl aktiflikteki ve farkl arabellek boyutlar ndaki dü en paketlerin incelenmesi...166

21 XXI Ç ZELGELER D Z N Çizelge Sayfa 7.1 Benzetimde kullan lan parametreler Arabelle in 5 oldu u durum Arabelle in 2 oldu u durum...113

22 XXII S MGELER VE KISALTMALAR Simgeler Aç klama CPThreshold Capture threshold (db) CSThreshold Carrier sense threshold (watt) db decibel GHz Gigahertz (frekans birimi) Gr_ Received antenna gain Gt_ Transmit antenna gain i lemin ba lang ç dü ümü kbps Kilobits per second MHz Megahertz (frekans birimi) ms milisaniye (zaman birimi) mw milliwatt (güç birimi) m/s meter per second (h z birimi) Pt_ Transmit power (watt) Rb_ bandwidth (Hz) RXThreshold Receive threshold (watt) strcmp string compare

23 XXIII K saltmalar ADMR Adaptive Demand-Driven Multicast Routing AODV Ad hoc On-demand Distance Vector BE Backoff Exponent BI Beacon Interval BO Beacon Order CAP Contention Access Period CBR Constant Bit Rate CCA Clear Channel Assessment CFP Contention Free Period CSMA-CA Carrier Sense Multiple Access - Collision Avoidance CW Contention Window DCR Dynamic Codeword Routing DMA-CLD Dynamic Multi-Attribute Cross-Layer Design DSDV Destination Sequenced Distance Vector DSL Digital Subscriber Line DSR Dynamic Source Routing EOF End Of File ESR Eyes Source Routing FFD Full Function Device FTP File Transfer Protocol GTS Guaranteed Time Slots IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IFQ Interface Queue Type

24 XXIV S MGELER VE KISALTMALAR (devam) IFS Inter-Frame Separation LIFS Long Inter-Frame Spacing LMAC Lightweight Medium Access Control LR-WPAN Low Rate - Wireless Personal Area Networks MAC Medium Access Control MANET Mobile Ad-hoc Networks MAODV Multicast Ad-hoc On-Demand Distance Vector routing NAM Network Animator NB Number of Backoffs NS-2 Network Simulator 2 ODMRP On-Demand Multicast Routing Protocol OLSR Optimized Link State Routing OSI Open Systems Interconnection OTcl Object Tcl PAN Personal Area Network PDR Packet Delivery Ratio RF Radio Frequency RFD Reduced Function Device RREP Route Reply RREQ Route Request RTS / CTS Request To Send / Clear To Send SD Superframe Duration SIFS Short Inter-Frame Spacing SMAC Sensor-Medium Access Control

25 XXV S MGELER VE KISALTMALAR (devam) SO Superframe Order TCP Transmission Control Protocol TDL Tap Delay Line TDMA Time Division Multiple Access TinyADMR Tiny Adaptive Demand-Driven Multicast Routing TORA Temporally-Ordered Routing Algorithm TÜB TAK Türkiye Bilimsel ve Teknik Ara t rma Kurumu UDP User Datagram Protocol WCMC Wireless Communication & Mobile Computing WPAN Wireless Personal Area Networks ZRP Zone Routing Protocol

26 XXVI

27 1 1. G R Bilgiye her zaman ve her yerde eri ebilme ihtiyac kablosuz a lar n günümüzde önemli bir yere sahip olmas n sa lad. Kablosuz a lar sayesinde kullan c konumundan ba ms z olarak bilgiye eri ebilmektedir. Kablosuz a lar kablolama, sabit yerlerden eri im gibi kablolu a lar n sorunlar n ortadan kald ran bir teknolojidir. Günümüzde kablosuz duyarga a lar askeriye, sa l k, çevre ve tar m alanlar gibi uygulamalarda yo unlukla kullan lmaktad r. Kablosuz a lar, altyap l a lar ve tasars z a lar diye iki gruba ayr l r. Altyap l a larda hareketli istasyonlar sabit istasyonlarla kapsama alanlar içerisinde ileti im kurarken, tasars z a larda belirli bir altyap veya merkezi yönetim yoktur. Hareketli ya da hareketsiz dü ümlerin bir araya gelerek olu turdu u bir veya daha fazla atlamadan olu an, herhangi bir altyap ya sahip olmayan kablosuz a lara tasars z a denir. Dü ümler aras ndaki ba lant zamanla de i ebilir, a a yeni dü ümler eklenebilir veya baz dü ümler a dan ç kabilir. ki dü ümün haberle mesi için birden fazla atlama gerekli olabilir. Tasars z a larda altyap olmad ndan, tüm hareketli dü ümler dinamik olarak yönlendirilir. Bu a lardaki ba lant lar ve kat l mc lar de i ken oldu undan ba lant n n kalitesi de de i kendir. Merkezi bir yönetim olmad ndan tüm dü ümler hem yönlendirici görevi görür hem de di er dü ümlerle serbest olarak ileti im kurabilirler. Tüm dü ümlerin birbirlerinin kapsama alan nda olamayaca n dü ündü ümüzde ileti imin çok atlamal olmas n

28 2 beklemek do ald r. Tasars z a lardaki dü ümlerin en büyük sorunlar ; kullan lan gücün s n rl olmas, i lemcilerinin k s tl olmalar, depolama kapasitelerinin s n rl olmas ve kulland klar bant geni liklerinin s n rl olmas d r. Kapsama alan n etkileyen en büyük sorun ise güç sorunudur. A n ömrü göz önüne al nd nda dü ümlerin uzun süre ya amas gerekmektedir ve bu yüzden enerjilerini olabildi ince az kullan p uzun süre idare etmeleri gerekir. Daha verimli bir ileti im için bu kaynaklar n en verimli ekilde kullan lmas gerekmektedir. Duyarga a lar ise çok say daki duyargan n belirli bir alan içinde mevzilenmesinden olu maktad r. Duyarga a protokolleri ve algoritmalar kendi kendilerine organize olabilmelidirler. Duyarga a lar alg lad klar tüm bilgileri göndermektense, kendi i lem kabiliyetleri sayesinde i lemler yapabilir ve sadece gereken bilgiyi gönderebilirler. A olu turulmadan önce kullan c gereksinimleri göz önüne al narak dikkatlice planlanmal d r çünkü duyargalarda birçok k s tlama söz konusudur. Kablosuz duyarga a lar n çok atlamal ve de i ken topolojiye sahip olmas, ortamdan kaynaklanan olumsuzluklar ve dü ümlerin hareketli olmas çok say da problemi ortaya ç karmaktad r. letim s ras nda arabellek (birimi paket say s d r) ta mas, dinamik olarak zamanla de i en kanal n durumu gibi sebeplerin neden oldu u yerel çeki meler yüzünden a da t kan kl klar olu abilir. Kablosuz duyarga a lar gibi çok atlamal (multihop) a lar dü ünüldü ünde, herhangi bir dü ümde olan t kan kl k tüm a a yay labilir ve a n performans n dü ürebilir. A n gerçeklenmesi s ras nda t kan kl k kontrol mekanizmas büyük önem ta r. Basit bir topoloji ve trafik göz önüne al nd nda,

29 3 t kan kl k zamanla de i en kablosuz kanal ko ullar ndan dolay olu ur. T kan kl k çok fazla paket kay plar na neden olmaktad r ve bu da güvenilir sonuç al m n engeller. A n çal mas s ras nda s n rl kapasite ve haf za sorunu gibi k s tlamalardan dolay a da t kan kl k olu abilir. A n uzun ömürlü olmas ve gereken servis kalitesinin sa lanmas için a daki t kan kl k üzerinde çal lmas gereken konulardand r. leti im ve enerji kaynaklar n n israf, paket kay plar ndan dolay güvenilir sonuç al m n n engellenmesi, t kan kl n kusurlar aras nda say labilir. Kablosuz duyarga a lar n n yap s ndan dolay payla lan medyadaki ileti im, t kan kl n ana sorunlar ndan biridir. T kan kl k kontrol mekanizmalar, iletim kontrol protokolündeki (Transmission Control Protocol) gibi, herhangi bir ba lant daki trafik yükünün kapasiteyi a mayacak ekilde kaynak iletim oran n n ayarlanmas n sa lar. A da dikkate edilmesi gereken di er bir önemli hususta dü ümlerin hareketlili inin a a olan etkileridir. Literatürde çok say da hareketlilik modeli mevcuttur fakat önemli olan a n gereksinimlerine göre hareketlilik modelini seçmektir. Tezimizdeki senaryolarda hareketlilik modeli olarak Random Waypoint hareketlilik modeli seçilmi ve benzetimler bu hareketlilik modeli baz al narak yap lm t r. Tez çal mam zda yerel çeki me kararl l n n ve uçtan uca t kan kl n sonuçlar n n belirlenmesinin yan s ra arabellek boyutu, tam aktif / yar aktif periyot, de i en paket say lar ve farkl dü üm say lar gibi de i en a parametrelerinin a a olan etkilerinin belirtilmesi yer

30 4 almaktad r. Çal malarda farkl senaryolardaki de i en paket gönderim oranlar na göre ideal dü üm say lar ve arabellek boyutlar belirlenecektir. De i en senaryo durumlar na göre tam aktif ve yar aktif periyotta arabellek boyutunun önemi üzerine durulacak, paket da t m oranlar incelenecektir. Senaryolar incelenirken küçük ve büyük arabellek boyutundaki fakat farkl aktiflikteki durumlar, ayn paket gönderim oranlar ndaki fakat farkl arabellek boyutlar ndaki durumlar, ayn paket gönderim oranlar ndaki fakat farkl aktiflikteki durumlar olmak üzere üç farkl ana ba l ktaki grafikler incelenerek, farkl senaryolar için ideal ko ullar n belirlenmesi sa lanm t r. Tezdeki bu çal malar n ana amac çapraz-katman tasar m için bir altyap olu turmakt r. kinci bölümde konumuzla ilgili olan ve daha önce yap lm çal malara de inilecektir. Bu referanslarda yazarlar n yapt klar çal malar özetlenecek, yapt klar i lerdeki problem tan mlanacak ve de indikleri çözüm yollar aç klanacakt r. Üçüncü bölümde yap lan i in anla lmas n kolayla t rma aç s ndan duyarga a lar n n ve tasars z a lar n yap s, gereksinimleri, sorunlar, günümüzdeki kullan m alanlar, avantaj ve dezavantajlar anlat lacak, dü ümlerin yap s, özellikleri ve dü ümlerdeki protokol y t (protocol stack) incelenecektir. Bu bölümün devam nda tasars z a yönlendirme protokollerinin s n fland r lmas ve çal mam zda yönlendirme protokolü olarak kulland m z AODV protokolü bu bölümde detayl olarak incelenecektir.

31 5 Tezimizin dördüncü bölümünde çal mam zda MAC protokolü olarak kulland m z IEEE protokolü, bu protokoldeki superframe in yap s, aktiflik ve yar -aktiflik, CSMA-CA algoritmas ve bu algoritman n i leyi prensipleri, veri transfer modelinin yap s ve a daki ileti im ekilleri ayr nt l olarak anlat lm t r. Be inci bölümde ise t kan kl k ve yerel çeki meden bahsedilmi tir. Kablosuz duyarga a lar nda t kan kl k ve t kan kl k kontrol mekanizmalar anlat lm, IEEE CSMA/CA kullanan kablosuz duyarga a lar ndaki çeki me ve t kan kl n sebepleri üzerinde durulmu ve çapraz katman tasar m n n gereklili inin nedenleri anlat lm t r. Ayr ca bu bölümde a daki t kan kl a sebep olan nedenler s ralanm, dü ümler aras ndaki yerel etkile imden ve dü en paketlerin sebeplerinden bahsedilmi tir. Alt nc bölümde kablosuz duyarga a lar ndaki hareketlili in önemi, hareketlilik kullan m n n dikkatlice dü ünülmesi gereken alanlar, hareketlilik kullan m n n avantajlar, hareketlilik modellerinin s n fland r lmas, çal mam zda kulland m z Random Waypoint hareketlilik modeli - özellikleri ve bu modelin s n rlamalar incelenmi tir. Yedinci bölümde kullan lan benzetim arac ve yap s, benzetimlerimizi de erlendirmede kullan lan kriter, gerçekle tirilen benzetim senaryolar (tüm dü ümlerin sabit olduklar durum, tüm

32 6 dü ümlerin hareketli olduklar durum, koordinatör dü ümünün sabit - di er dü ümlerin hareketli olduklar durum, koordinatör dü ümünün hareketli - di er dü ümlerin sabit olduklar durum) incelenerek kar la t rmalar yap lm t r. Tezimizin son bölümünde yap lan i özetlenmekte, bu tezden ç kar lacak sonuçlar anlat lmakta ve gelecekte yap lmas dü ünülen çal malar belirtilmektedir. Benzetimlerin gerçeklenmesi s ras nda ns-2.31 benzetimcisi kullan larak yaz lan Tcl kodu ve benzetim sonucunda olu an tarihçe (trace) dosyas n n incelenmesi için Borland C kullan larak yaz lan C kodu EKLER bölümünde verilmi tir.

33 7 2. ÖNCEK ÇALI MALAR Literatürde duyarga a lar nda ileti imin verimlili i için birçok ara t rma yap lm t r, bu ara t rmalar n ço unda farkl katmanlarda yüksek performans elde edilmeye çal l rken, tüm a n performans n en yüksek derece ç karmak için birlikte optimize olunmam t r. Duyargalar n dinamik yap s, kablosuz duyarga a lar n n i letim kaynaklar, a n durumundaki zorluklar göz önüne al nd nda geleneksel katman yap s kullanmaktansa çapraz katman dizayn iyi bir alternatiftir. Geçmi te kullan lan geleneksel a lar n ço unda, Open Systems Interconnection (OSI-Aç k Sistem Araba lant ) katmanl mimarisi benimsenmesine ra men günümüzde kullan lan kablosuz a lar bu yap ya kar ç kmaktad r. Katmanl yap da protokol katmanlar kendi fonksiyonlar n kendi s n rlar içinde uygular. Bu yap kablolu a lar n modülerlik ve saydaml k yap s na uygunken kablosuz a lar için elveri li de ildir. Çapraz katman dü üncesinin arkas nda, farkl protokol katmanlar aras nda bilginin payla lmas ve etkile imin artmas dü üncesi yatar. Farkl kombinasyonlardaki optimizasyon teknikleri farkl amaçlara hitap eder. [LEE, 6] referans nda çapraz katman dizayn ve optimizasyonu önerilmi, protokol katmanlar aras ndaki bilginin de i imi ve kontrol edilmesi incelenmi tir. Bu tezde önerilen çapraz katman tasar m ve optimizasyon etmeni için kablosuz kanal n etkileri ve küçük ölçekli kablosuz duyarga a lar n n performans ara t r lm t r. Çok yollu

34 8 sönümlenme (multipath fading) ve hareketlili in kanal üzerindeki etkileri TDL (Tap Delay Line - Ba lant Ucu Gecikme Hatt ) modeli geli tirilerek ve MATLAB ta benzetim yap larak ara t r lm t r. Bu yakla m farkl protokol katmanlar aras ndaki etkile imi kolayla t rmay hedeflemektedir. Etkile im iki gruba ayr lm t r, intra-layer (katman içi - biti ik katmanlar aras nda) ve inter-layer (iki veya daha fazla katman aras nda), bu çal madaki farkl her katmandaki performans en yüksek seviyededir. Çapraz katman tasar m nda optimizasyon etmeninin dizayn ndan önce protokol katmanlar n n birbirleriyle olan etkile imlerinin, karakteristiklerinin ve performanslar n n dikkatlice anla lmas gerekti i vurgulanm t r. Bu tezdeki performans ölçümleri ve analizler fiziksel katman üzerine odaklanm t r, MAC ve yönlendirme katmanlar ndaki etkile imler üzerinde durulmam t r. Gelecekte ara t rma konusu olarak bu optimizasyonun TOSSIM benzetimcisi ve nesc programlama dili kullan lanarak gerçekle tirilece i belirtilmi tir. [SAF, 4] referans nda Dinamik Çok Özellikli Çapraz Katman Tasar m (Dynamic Multi-Attribute Cross-Layer Design, DMA-CLD) kablosuz tasars z ve duyarga a lar ndaki çapraz katman etkile imlerini ara t rm, a katman n n üstündeki ve alt ndaki katmanlar n birbirleriyle etkile imlerine izin verilmi tir. Fiziksel katman, MAC katman, yönlendirme katman ve uygulama katman aras ndaki etkile imlerden bahsedilmi tir. Yollar olu turan dü ümlerin kalan enerjilerinin yüksek olmas, yolun güç kullan m aç s ndan verimli olmas, güvenilir paket teslim oran, son olarak da yolun kararl l -bak m ve ba lant n n

35 9 bozulmas n n nadir olmas bu çal mada dikkate al nan dört farkl amaçt r. [ZHA, 3] referans nda yazarlar uygulamaya yönelik çapraz katman tasar m ve optimizasyonu üzerinde çal m t r. Çal man n amac kablosuz duyarga a lar n n gereksinimlerini yerine getirmektir ve dü ük bant geni li i, s n rl dü üm kaynaklar gibi k s tlamalara göre a n ölçüleri, sistemin ömrü ve dü ümlerin çok yönlülü ü üzerinde çal m, çapraz katman optimizasyonunun bu konuda çözüm olaca savunulmu tur. Her katmandaki optimizasyon yakla mlar incelenmi, yönlendirme katman ve MAC katman üzerinde durulmu tur. Sistemdeki bir i lem biriminin veri i leme yetene i (throughput), a n ölçeklenebilirli i, zaman senkronizasyonu, kanal tahsisi ve dü ümün durum karar problemleri üzerinde durulmu tur. lerideki ara t rma konusu olarakta bu protokollerin çapraz katman kullan larak yap lmas hedeflenmektedir. [MEL, 6] referans nda kablosuz duyarga a lar için literatürde var olan çapraz katman protokolleri, protokollerdeki geli meler ve tasar m yöntemleri incelenmi tir. Ayr ca do rusal olmayan optimizasyonlardaki kaynak tahsis problemleri gibi problemler de incelemi tir. Bu referansta ileti imin temeli ba lang ç kavram na dayand r lmaktad r, bu kavram çapraz katman n çekirde ini olu turur ve dolayl olarak kablosuz duyarga a lar nda verimli ileti im için gerekli olan fonksiyonlar içerir. Çapraz katman tasar m metodundaki

36 1 ara t r lmas gereken konulara de inilmi tir ve olas ara t rma yöntemleri belirtilmi tir. Modülerlik eksikli i, dayan kl l n azalmas ve karars zl k gibi çapraz katman tasar m tekniklerinin kusurlar incelenmi tir. Sistemin daha iyi performans sa lamas için çapraz katman tekni i kullan lmas n n önemi vurgulanm t r. [HOE, 4] referans ndaki yöntemde duyarga dü ümlerinin a olu tururken sadece yerel bilgiye ba l olarak karar verdi i ve kendikendine organize olabilen MAC protokolünün kullan m ndan bahsedilmi tir. Dü ümlerdeki pili de i tirmenin mümkün olmayaca durumlar göz önüne al nd nda enerji kullan m n n önemi vurgulanm t r. Bu yakla mda zaman dilimleri di er geleneksel TDMA tabanl sistemlerdeki gibi merkezi yönetici taraf ndan parçalara ayr lmam, MAC katman n n ve yönlendirme katman n n özellikleri birle tirilmi tir. MAC katman nda veri yap lar, zaman dilimlerinin seçimi, senkronizasyonun sa lanmas, dü ümlerin aktiflik ve aktif olmamas üzerinde durulurken yönlendirme katman nda yolun kurulmas, yolun bak m ve yolun yeniden kurulmas konular incelenmi tir. Sonuç olarak, enerjinin verimlili i için çapraz katman kullan lmas gerekti i sonucuna var lm t r. [AKY, 6] referans nda yazarlar geleneksel ileti im katmanlar ndaki bilgi ve fonksiyonlar n tek bir protokolde birle tirildi i tamamen bütünle ik çapraz katman dizayn etmi lerdir. Ta ma katman n, yönlendirme katman n ve MAC katman fonksiyonlar n

37 11 fiziksel katman n etkileri göz önüne al narak birle tiren çapraz katman protokolü olu turmu lard r. Bu makale ba lang ç belirleme kavram temeline dayan r. Bu temelde, çapraz katman protokolü yerel t kan kl k kontrolünü, da t k görev turu operasyonlar n kablosuz duyarga a lar nda verimli ve güvenilir ileti imi sa lamak için yapar. Sonuç olarak, çapraz katman tasar m ileti imin performans n artt r r, a n performans ve uygulaman n karma kl bak m ndan da geleneksel katman protokol mimarisinden üstün bir yap sergiler [ZHA, 6] referans nda yazarlar Lightweight Medium Access Control (LMAC) protokolünü kullanarak EYES Source Routing (ESR) protokolü üzerinde durmu tur. ESR, dü ümlerin hareketlili inden dolay s k s k de i en a topolojisinin sorunlar n MAC katman n n geribildirimiyle üstesinden gelmeye çal an h zl toparlanma (fast recovery) mekanizmas d r. ESR protokolünde, yol tablolar yol giri lerini iste e ba l olarak olu turur ve sürdürür, böylece yolun tazeli i korunmu olur. ESR protokolünün LMAC protokolüyle ileti im için be tane arayüz açmas bu protokolün önemini belirtir. Bu makalede iste e ba l (on-demand) yönlendirme protokolleri üzerinde çal lm t r. ESR protokolünün performans n n di er yönlendirme protokol uygulamalar üzerindeki sonuçlar n n kar la t r lmas ilerideki ara t rmalarda hedeflenmektedir. [KOU, 6] referans nda IEEE protokolünün dilimlenmi CSMA-CA mekanizmas n n beacon-enabled moddaki performans s n rlar incelenmi tir. Dilimlenmi CSMA-CA in performans

38 12 de erlendirilmi ve farkl a parametrelerinin a n performans na olan etkileri analiz edilmi tir. Bu makalede superframe yap s n n sadece tamaktif periyotta oldu u durumlar incelenmi, a n yük durumu ve macminbe de erleri de i tirilerek de i en a parametrelerinin tek bir senaryo üzerinde a a olan etkileri ara t r lm, benzetim program olarakta OPNET seçilmi tir. lerideki a amalarda gizli terminal problemi ve bu problemin a n performans üzerindeki etkileri incelenecek, ns2 benzetim program kullan larak sonuçlar n güvenilirli inin incelenmesi planlanmaktad r. [ZHE] referans nda yazarlar IEEE için ns2 benzetimcisi geli tirmi ; beacon-enabled ve nonbeacon-enabled durum, i birli i, a aç olu turma ve a n otomatik konfigürasyonu, orphaning ve koordinatörün yeniden konumland r lmas, dilimlenmi ve dilimlenmemi CSMA-CA, do rudan (direct) - do rudan olmayan (indirect) ve garantili zaman dilimlerinde (Guaranteed Time Slot - GTS) veri iletimleri gibi birçok deneyler yaparak a n de i ken özellikleri üzerinde çal lm t r. A n performans n dü üren etkenler üzerinde tart lm t r. Benzetimler sonucunda te RTS/ CTS olmad ndan gizli terminal problemi oldu u, teki CSMA-CA backoff standard de erinin çok küçük oldu u ve bu yüzden s k s k çarp malar oldu u gözlenmi tir. GTS veri iletiminin dü ük h zl veri uygulamalar için uygun olmad karar na var lm t r.

39 13 [NEU, 5] referans nda yazarlar IEEE teki y ld ztopolojili a lar için yeni bir algoritma olan aret S ral Adaptasyon Algoritmas n (Beacon Order Adaptation Algoritm) önermi tir. Koordinatör ileti im frekans n dikkate alarak, bu gibi a larda gereken görev turunu belirler ve beacon aral na ona göre uyum sa lar. Bu çal mada, IEEE MAC katman n n beacon s ral özellikleri çe itli benzetimler kullan larak incelenmi tir. Dü ümlerin adaptasyonunun ileti im frekans ndaki gözlemlere dayand belirtilmi tir. Bu algoritmada gecikmeler önemsenmedi inde enerjinin daha uzun süre korundu u gözlenmi tir. leride yap lacak çal malarda çok atlamal a larda ba ka adrese yönlendirme mekanizmas göz önüne al narak BOAA n n geli tirilmesi hedeflenmektedir. [BAR, 2] referans nda yazarlar kablosuz tasars z a lar için tasarlanan protokollerde hareketlili in ve çe itli parametrelerin etkile imlerinin protokol performans na olan etkileri üzerinde çal m t r. Bu çal mada, farkl hareketlilik parametrelerinin yönlendirme ve MAC katman protokolleri üzerindeki etkileri incelenmi tir. Grid Mobility Model, Random Waypoint Model ve Exponential Correlated Random Model olmak üzere üç farkl hareketlilik modeli üzerinde çal lm t r. Yönlendirme protokolleri olarak AODV, DSR ve LAR 1, MAC protokolleri olarak MACA, ve CSMA kullan lm t r. leti im a n n performans n optimize etmek için katmanlar n performanslar n ayr ayr optimize etmenin belirli bir noktadan sonra yeterli olmad görülmü tür. Bu çal mada hareketlili in etkileri anlat lm ve dura an a larda ba lant parametrelerinin daha etkili kontrol edildi i sonucuna

40 14 var lm t r. leride yap lacak çal malarda MAC ve yönlendirme katman n yan s ra ta ma katman n n da incelenece i daha kompleks deneyler yap lmas hedeflenmektedir. [VUR, 5] referans nda yazarlar kablosuz duyarga a lar ndaki çeki menin çözümü ve t kan kl k kontrol mekanizmalar n n birbirleriyle olan etkile imini ayr nt l bir ekilde incelemi tir. Çe itli a parametrelerinin a n toplam performans üzerinde olan etkilerini ölçmek için benzetimler yap lm ve bu benzetimler sonucunda duyarga dü ümlerinin kendi aralar ndaki yerel etkile imlerinin a n toplam performans n etkiledi i gözlenilmi tir. Kaynak dü ümlerin say s n n etkisi, arabellek boyutu, MAC katman n n tekrar iletimi, çeki me penceresi, dü en paketlerin sebepleri ve enerji verimlili i bu makalede detayl olarak incelenmi tir. T kan kl n çok fazla paket kay plar na neden oldu u ve güvenilir sonuç al m n engelledi i anlat lm t r. A n çal mas s ras nda s n rl kapasite ve haf za sorunu gibi k s tlamalardan dolay kanalda çeki me ve a da t kan kl k olu abilece i belirtilmi tir. A n uzun ömürlü olmas ve gereken servis kalitesinin sa lanmas için a daki t kan kl k sorunu üzerinde çal lmas gereken bir konu oldu u üzerinde durulmu tur. leti im ve enerji kaynaklar n n israf, paket kay plar ndan dolay güvenilir sonuç al m n n engellenmesi, t kan kl n kusurlar aras nda say labilece inden bahsedilmi tir. Bu çal mada; Yerel çeki me çözümü ve uçtan uca t kan kl k kontrol mekanizmalar n n birbirinden ba ms z çal malar n n sonuçlar ara t r lm, yerel yeniden gönderimlerin uçtan uca t kan kl k ve kablosuz duyarga a lar ndaki güvenilirlik üzerine olan etkileri incelenmi, duyargalar n arabellek

41 15 boyutlar - kaynaklar n say lar - çeki me penceresi gibi a parametrelerinin a daki t kan kl k ve çeki me üzerindeki etkileri ara t r lm, etkile imler için modüler katman dizayn korunmal m yoksa çapraz katman dizayn gerekli midir gibi sorular n cevaplar ara t r lm t r. Olay n güvenilirli i, Çarp malar, MAC katman hatalar, Arabellek ta malar, Uçtan uca gecikme ve enerji verimlili i benzetimlerde göze al nan parametrelerdir. Benzetimler t kan kl k olmayan bölge, geçi bölgesi ve t kan kl n fazla oldu u bölge olmak üzere üç bölgede incelenmi tir. Payla lan kablosuz ortam n s n rl kapasitesinden dolay arabellek büyük olsa da olay güvenilirli inin de i medi i gözlenmi tir. Dü ük boyutlu arabellek kullan ld nda a da daha fazla say da paket kayb oldu u gözlenilmi fakat kanaldaki çeki mede ve uçtan uca olan gecikmede azalma oldu u gözlenmi tir. Donan m k s tlamalar ndan dolay duyarga dü ümünün arabelle ini de i tirmenin mümkün olmad durumlarda çeki me penceresi boyutunun yüksek paket gönderim oranlar nda daha güvenilir sonuçlar vermesi için de i tirilebilece i anlat lm t r. Dü ük paket gönderim oranlar ndaki dü en paketlerin büyük bir k sm n n MAC katman hatalar ndan dolay olu tu u, yönlendirme katman hatalar n n az miktarda oldu u ve dü en paketlerin arabellek ta mas ndan kaynaklanmad gözlenmi tir. Daha yüksek paket gönderim oranlar nda ise dü en paketlerin büyük bir k sm n n arabellek ta malar ndan kaynakland ekillerle aç klanm t r. Makalenin ilerleyen bölümünde enerji verimlili i üzerinde durulmu tur. Arabelle in boyutu ve maksimum yeniden gönderim limiti de i ti inde dü üm ba na dü en enerji tüketiminin önemli ölçüde etkilenmedi i belirtilmi tir. Bu çal ma

42 16 sonucunda, uygulama performans ve a n performans incelenmesinde kaynak dü ümlerin say s n n önemi üzerinde durulmu, arabellek boyutunun önemi, a n tüm güvenilirli i için yerel güvenilirli in yeterli olmad ve adaptif olarak çapraz katman t kan kl k kontrol mekanizmas n n kullan lmas n n gerekti i anlat lm, duyarga a lar n n birbirleriyle olan yerel etkile imlerinin a n tüm performans n etkiledi i vurgulanm t r. A parametrelerinin birbirine olan ba l l ndan dolay kablosuz duyarga a lar nda verimli veri ileti imi için uyumlu çapraz katman mekanizmas kullan lmas gerekti i sonucuna var lm t r.

43 17 3. TASARSIZ A LAR Kablosuz ileti imdeki ve elektronikteki geli meler dü ük maliyetli, dü ük güç tüketimli, çok fonksiyonlu ve küçük boyutlu duyarga dü ümlerini olanakl k lm t r. Bu küçük boyutlu duyarga dü ümlerinin alg lama, veri i leme, ileti im bile enleri gibi özellikleri mevcuttur. Duyarga a lar geleneksel duyargalar üzerine önemli ölçüde geli me göstermektedir. Duyarga a lar, çok say daki duyargan n belirli bir alan içinde mevzilenmesinden olu maktad r. Duyarga a protokolleri ve algoritmalar kendi kendilerine organize olabilmelidirler. Duyarga a lar alg lad klar tüm bilgileri göndermektense, kendi i lem kabiliyetleri sayesinde i lemler yapabilir ve sadece gereken bilgiyi gönderebilirler. Duyarga a lar n n sa l k alan nda, askeri alanda ve ev uygulamalar gibi birçok alanda uygulamalar mevcuttur. Duyarga a lar ayr ca envanter yönetimi, üretim kalitesinin görüntülenmesi gibi birçok ticari alanda da uygulanmaktad r. Duyarga a lar uygulamalar n n farkl l klar göz önüne al nd nda kablosuz tasars z a tekniklerinin uygulanmas gerekti i görülmektedir. Geleneksel kablosuz tasars z a larda birçok protokol ve algoritma mevcutken, bunlar duyarga a lar uygulamalar n n tam gereksinimlerine özgü de ildirler. Duyarga a lar yla tasars z a lar n n farkl l klar s ralanacak olunursa; 1. Duyarga a lar ndaki duyarga dü ümlerin say lar tasars z a lardaki duyarga dü ümlerin say s ndan oldukça fazlad r, 2. Duyarga a lar nda duyarga dü ümleri haberle me alan na oldukça yo un bir

44 18 biçimde yay lm t r, bu da bir dü ümün birçok kom usunun olabilece i anlam na gelmektedir, 3. Duyarga dü ümlerinin hata yapma ve hizmet d kalma olas l yüksektir, 4. Duyarga a lar nda gezginlikten ve hatalardan dolay s k s k topoloji de i imleri olmaktad r, 5. Duyarga a lar ndaki duyarga dü ümlerinde ileti im genellikle yay n yap larak sa lan rken, tasars z a larda ise ileti im genellikle noktadan noktaya sa lanmaktad r, 6. Duyarga dü ümleri güç, hesaplama kapasitesi ve haf za bak m ndan s n rl d r, 7. Duyarga a lar nda olan çok say daki dü ümlerin a a a r derecede yük getirece inden duyarga dü ümlerinin kendilerine ait özel bir tan mlay c numaras (ID) yoktur. Hareketli ya da hareketsiz dü ümlerin bir araya gelerek olu turdu u bir veya daha fazla atlamadan olu an, herhangi bir altyap ya sahip olmayan kablosuz a lara tasars z a denir. Dü ümler aras ndaki ba lant zamanla de i ebilir, a a yeni dü ümler eklenebilir veya baz dü ümler a dan ç kabilir. ki dü ümün haberle mesi için birden fazla atlama gerekli olabilir. Tasars z a larda ise altyap olmad ndan, tüm hareketli dü ümler hareketli olarak yönlendirilir. Bu a lardaki ba lant lar ve kat l mc lar de i ken oldu undan ba lant n n kalitesi de de i kendir. Merkezi bir yönetim olmad ndan tüm dü ümler hem yönlendirici görevi görür hem de di er dü ümlerle serbest olarak ileti im kurabilirler. Tüm dü ümlerin birbirlerinin kapsama alan nda olamayaca n dü ündü ümüzde ileti imin çok atlamal olmas n beklemek do ald r.

45 19 ekil 3.1 Kablosuz a yap s (STA) Tasars z a lardaki dü ümlerin en büyük sorunlar ; kullan lan gücün s n rl olmas, i lemcilerinin k s tl olmalar, depolama kapasitelerinin s n rl olmas ve kulland klar bant geni liklerinin s n rl olmas d r. Kapsama alan n etkileyen en büyük sorun ise güç sorunudur. A n ömrü göz önüne al nd nda dü ümlerin uzun süre ya amas gerekmektedir ve bu yüzden enerjilerini olabildi ince az kullan p uzun süre idare etmeleri gerekir. Daha verimli bir ileti im için bu kaynaklar n en verimli ekilde kullan lmas gerekmektedir. Tipik bir kablosuz duyarga dü ümü genellikle küçük boyutludur, güç kayna, radyo frekans (RF) al c -vericisi, mikro-kontrol birimi, haf za ve duyarga modüllerinden olu maktad r. Duyarga modülü, fiziksel çevreden alg lanan olaylar için kullan lan dönü türücüdür. Toplanan veri,

46 2 kontrol birimi taraf ndan i lem görür ve haf zada tutulur. Baz uygulamalarda toplanan verinin i lenmeden iletilmesi gerekebilir, bu gibi durumlarda dü ümlerin i lemciye olan gereksinimleri en az seviyededir. Bant geni li inin verimli kullan lmas bak m ndan alg lanan veri önce i lemci taraf ndan i lenir sonra gereksiz bilgiler ç kart larak iletilir. RF al c -verici modülü, k sa mesafeli radyo ileti imi için kullan lmaktad r. Güç kayna modülü, pil gibi güç kaynaklar n n dü ümün enerji gereksinimlerini sa lamas nda kullan l r. Duyarga dü ümün çal mas üç ana ba l içerir; alg lama, ileti im ve veri i leme. Duyarga dü ümü veri toplay c s, küme lideri veya yönlendirici olarak görev yapabilir. Duyarga dü ümü veri toplay c s olarak görev yap yorsa, duyarga modülü toplanan veriyi direkt olarak RF al c -verici modülüne iletim için gönderir. Duyarga dü ümü küme liderli i görevindeyse, küme üyelerinin alg lad klar verileri toplar ve çoklu sinyali veri i lemesi yaparak tek bir sinyal haline dönü türür. Duyarga dü ümü e er yönlendirici görevindeyse, kom u dü ümden ald veriyi di er dü ümlere veya hedef dü üme yönlendirir. Dü ümlerdeki protokol y t ; fiziksel katman (physical layer), veri katman (data link layer), a katman (network layer), ta ma katman (transport layer), uygulama katman (application layer), güç yönetim düzlemi (power management plane), hareketlilik yönetim düzlemi (mobility management plane) ve görev yönetim düzleminden (task management plane) olu ur ( ekil 3.3). Fiziksel katman basit ama dayan kl modülasyon ve iletim tekniklerini inceler. Çevrenin gürültülü ve dü ümlerin hareketli olmas ndan dolay MAC protokolü güç

47 21 tüketiminin fark nda olmal d r ve kom ular n n yay n yla en az seviyede çarp malara u ramal d r. A katman, ta ma katman n sa lad verinin yönlendirilmesinden sorumludur. Duyarga a lar ndaki uygulaman n gereksinimine göre ta ma katman veri ak n n sürdürülmesine yard mc olur. Alg lanan göreve göre, farkl tipteki uygulama yaz l mlar uygulama katman kullan larak olu turulur. Buna ek olarak; güç, hareketlilik ve görev yönetim düzlemleri duyarga dü ümleri aras ndaki güç, hareketlilik ve görev da t m n denetler. Bu düzlemler duyarga dü ümüne alg lanan görevin koordinasyonu bak mdan yard mc olur ve toplam güç kullan m n azalt r. Güç yönetim düzlemi, duyarga dü ümünün gücünü nas l kullanaca n yönetir. Duyarga dü ümü kom ular n n birinden veri ald nda al c s n kapat rsa, ayn mesaj n (duplicate) yeniden al nmas engellenmi olur. Duyarga dü ümünün gücü azsa, kom ular na gücünün az oldu unu ve yönlendirmede rol almayaca n belirtir. Hareketlilik yönetim düzlemi, dü ümlerin hareketlerini alg lad ndan kullan c ya geri dönü yolu her zaman mevcuttur ve duyargalar kom u dü ümlerinin kim olduklar bilgisini kay t ederler. Kom u dü ümünün kim oldu u bilindi inde güç ve görev kullan m dengelenmi olur. Görev yönetim düzlemi, belirli bölgedeki alg lanan görevlerin dengelenmesi ve planlanmas n sa lar. Bölgedeki tüm duyarga dü ümleri alg lama yapmak durumundan de ildirler. Sonuç olarak, baz duyarga dü ümleri güç seviyelerine ba l olarak di er dü ümlerden daha fazla i yapmak durumundad r. Çapraz katman tasar m nda katmanlar birbirlerine gönderdikleri emirler do rultusunda hareket ederler. Tezimizde farkl a parametrelerinin aras ndaki ili kileri inceleyerek yapt m z çal malar çapraz katman tasar m için altyap olu turmaktad r.

48 22 ekil 3.2 Kablosuz duyarga dü ümü (LEE, 6) ekil 3.3 Duyarga a lar ndaki protokol yap s

49 23 ekil 3.4 Kablosuz duyarga a lar n n basitçe yap s Kablosuz a larda birçok hareketli dü üm birbirleriyle ileti im halindedir. Bu dü ümler fiziksel olaylar alg lar, i lemcileri alg lanan veriden veri paketlerini olu turur ve bunlar kom u dü ümlere gönderir. Hareketli dü ümler duyarga ve sink (duyargalar n verilerini gönderdikleri dü üm) dü ümü diye ikiye ayr l r. Duyarga dü ümü, fiziksel bir de i iklik buldu unda veri paketi olu turur ve bu paketleri kablosuz kanal yoluyla sink dü ümüne gönderir. Duyarga dü ümündeki i lemci, alg lanan veriyi olu turmadan ve veri paketini göndermeden önce e ik de erini ayarlar. Sink dü ümü, duyarga dü ümlerinden gelen tüm veri paketlerini toplar. Kullan c toplanan bu veriyi hedefleri do rultusunda analiz ederek kullan r. Çok atlamal ileti imin avantajlar ndan biri de hem güç kullan m nda hem de iletim kapasitesinde yüksek kazançlar getirmesidir

50 24 böylece dü ümler paketlerini daha az ç k gücüyle çok atlamada gönderebilirler. Kablosuz a lar günümüzde birçok alanda kullan lmaktad r. A yap s n n kurulmas n n ve ortam n uygun olmad durumlarda tasars z a lar kullan lmaktad r. Dü ümler sa laml k, kendi kendine organize olabilme ve hata tolerans gibi özellikleri sayesinde askeri alanlarda kullan lmaktad r. Ordunun, donan m n ve cephanenin görüntülenmesi, dü man n gözetimi askeri alanlardaki kullan m örnekleridir. Di er kullan m alanlar ise orman yang nlar n n kontrolü ve su bask n kontrolü gibi çevresel uygulamalard r. Bu dü ümlerde radyo frekans sistemi vard r ve ihtiyac olan güç için güne ten ald klar enerjiyi kullanabilirler böylece dü ümler daha uzun süre ya arlar. Dü ümlerin ba ka bir kullan m alan ise kliman n, bilgisayar n veya s tma sistemlerinin çal t r lmas gibi ev otomasyonunun oldu u alanlard r. [SRI, 6] Aç k güvenlik ofis örne i de kullan m alan na di er bir örnektir, diz üstü bilgisayar gibi de erli e yalar n z n ba kalar taraf ndan yerlerinin de i tirilmesini veya odadan ç kar lmas n istemedi inizde kullanaca n z hareket duyargalar sayesinde herhangi bir ki i böyle bir giri imde bulundu unda merkeze sinyal gidecek ve gerekirse odan n kap s otomatik olarak kilitlenecektir. Farkl uygulamalarda farkl özellikler dikkate al nmal d r, örne in baz uygulamalarda servis kalitesi önceli i, baz uygulamalarda minimum enerji tüketimi, baz lar nda ise güvenlik gibi gereksinimler öncelik gerektirebilir. Uygulamalar n

51 25 tümünde protokollerin kendilerine özgü ihtiyaçlar göz önüne al narak kurulacak tasars z a yap s dikkatlice planlanmal d r. Duyarga a lar n n avantajlar özetlenecek olunursa; 1. Gezginlik: Kablosuz haberle en dü ümler duyarga alan nda herhangi bir k s tlama olmaks z n gezebilmektedirler bu a topolojisine s n rs z bir özgürlük ve dinamiklik kazand rmaktad r, 2. Ta nabilirlik: Herhangi bir kablolama ve enerji altyap s gerektirmedi inden mevcut a n bir yerden ba ka bir yere ta nmas çok kolay olabilmektedir, 3. Yeniden Kullan labilirlik: Dü ümlerin temel amac n n fiziksel dünyadan çe itli verilerin alg lanmas oldu u dü ünülürse bu dü ümler defalarca çe itli ekillerde ve farkl uygulamalarda yeniden kullan labilecektir, 4. Kolay Kullan m: Duyarga dü ümleri kendi aralar nda dinamik bir biçimde organize olarak herhangi bir ayar gerekmeksizin de i en ko ullara ayak uydurarak çal malar n yürütebilirler. Bu özellikleri sayesinde kullan mlar oldukça kolayd r, 5. Ölçeklenebilirlik: Herhangi bir duyarga a na yeni dü ümlerin veya bütün halindeki ba ka bir duyarga a n n kat lmas kolayl kla ve dinamik bir ekilde mümkün olabilmektedir, 6. Dü ük Maliyet: Günümüzde geli en mikroi lemci teknolojisi sayesinde duyarga dü ümleri oldukça ucuzlam t r. Kablosuz duyarga dü ümleri ile yap lan uygulamalar kablolulara göre be te bir oran nda daha ucuz olmaktad r. Duyarga a lar n n dezavantajlar özetlenecek olunursa; 1. K s tl Kaynaklar: Duyarga dü ümlerinin k s tl i lem ve bellek kapasiteleri yüzünden birçok i lemin yüksek algoritmik gereksinimleri yüzünden