IoT Uygulamaları için Oluşturulan Sistemde Servisler. Services on System Created for IOT Applications

Transkript

1 IoT Uygulamaları için Oluşturulan Sistemde Servisler Nilgün İncereis 1, Bekir Tevfik Akgün 2 1,2 Okan Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, İstanbul nilgun.incereis@okan.edu.tr, tevfik.akgun@okan.edu.tr Özet: Nesnelerin İnterneti (IoT) uygulamaları için oluşturulan sistemde servislerin ve 5G ağ teknolojilerinin kullanımı giderek artmaktadır. Bu çalışma, IoT için servisler ve 5G ağ teknolojileri bakımından akıllı bir sistem tasarlamayı amaçlamaktadır. Bu sistem için 5G Ağ teknolojilerinin, servislerin, IoT yapısının ve servis yazılımlarının özellikleri incelenmiştir. Anahtar Sözcükler: Nesnelerin İnterneti, 5G, Servisler, Bulut Bilişimi Services on System Created for IOT Applications Abstract: The use of 5G network technologies and services is increasingly in the system created for Internet of Objects (IOT) applications. This study aims to design an intelligent system for IOT services and 5G network technologies. The features of 5G Network technologies, services, IoT structure and service software are examined for this system. Keywords: Internet of Objects, 5G, Services, Cloud Computing 1. Giriş Nesnelerin İnterneti (IoT) uygulamalarını geliştirmek ve uygulamaları daha akıllı hale getirmek için servislerin kullanımı giderek artmaktadır. Servisler güvenlik, ağ, sunucular, veri tabanları ve veri ambarları gibi alanlarda karşılaşılan problemler veya uygulamaların performansını artırabilecek çözümler getirebilmektedir. Akıllı nesneler sadece terminallerden ya da internetten bilgi almazlar, kapsama alanındaki diğer nesnelerden de bilgi alabilirler. Aynı zamanda, akıllı nesneler ihtiyaç duyduğu servisleri kullanabilmek için başka nesneler ve sunucularla haberleşebilirler. [1, 2] Servisler; işbirliği yapabilen yazılım bileşenleri olup, çeşitli uygulamaların servis olarak tanımlanabileceği söylenmektedir. [3] Nesnelerin İnterneti teknolojisinde Wifi, Wimax, Zigbee, Bluetooth, kızıl ötesi vb. kablosuz iletişim teknikleri kullanılarak ve RFID, NFC, sensörler gibi algılama yöntemleri aracılığıyla nesneler hakkında bilgilere ulaşılabilir. Nesneler, edindikleri bu bilgileri saklayabilir ya da paylaşabilirler. [4] Nesnelerin düşünebilir ve karar verebilir hale gelmesi sağlanarak da nesneler daha akıllı hale gelebilecektir. Nesnelerin İnterneti konusunda kullanılabilecek pek çok geliştirme platformu bulunmaktadır. Nesnelerin İnterneti için geliştirme platformları, AWS IoT, Microsoft Azure IoT, IBM Watson, ThingSpeak, Cisco IoT Cloud Connect, Salesforce, Oracle ve

2 General Electric s Predix örnek olarak verilebilir. Önemli olan bu platformların ihtiyaçları karşılayabilme durumu veya karşılaştığımız problemlerin servisler kullanılarak çözülebilmesidir. Bunun yanında bu platformlara istenen bir cihazı bağlamak için gereksinimlerin de oluşturulması gerekir. Nesnelerin İnterneti için geliştirme platformları, sunucu alt yapısı, güç yönetimi, çeşitli servislerin ve yazılım dillerinin kullanılabilirliği ve bu platformların nesnelere bağlanabilme gibi özellikleri sayesinde önemini giderek arttırmaktadır. Akıllı şehir [4], akıllı ev [5] veya akıllı rehabilitasyon sistemi [6] oluşturmak için Nesnelerin İnternetinin ve servislerin önemi yapılan çalışmalarda gözükmektedir. Mobil iletişim teknolojisi ve sanayide, 2020 ve sonrası için beşinci nesil mobil teknoloji (5G) aşamasına taşınması öngörülmektedir. Çok yüksek ağ trafiği hacim yoğunluğu, bağlantı yoğunluğu ve hareketlilik için 5G nin gereken ihtiyaçları yerine getireceği beklenmektedir. En yüksek servis deneyimleri, ultra-yüksek çözünürlüklü video, arttırılmış gerçeklik, sanal gerçeklik, bulut masaüstü ve çevrimiçi oyun çalışmalarındaki ilerlemelerin mükemmel olacağı düşünülürken, 5G nin de nesnelerin interneti içerisine sızacağı öngörülmektedir [7]. 5G cihazların sanallaştırılması ile de aynı işletim sistemi veya farklı işletim sistemlerine sahip cihazlar kullanılabilmektedir [8]. Nesnelerin interneti için servis kalitesi [9] ve akıllı algılama [10] gibi çalışmalar da bulunmaktadır. Nesnelerin İnterneti için akıllı bir sistem tasarlamak için öncelikli olarak servisler incelenmeli, IoT yapısına bakılmalı, servis yazılım algoritmaları incelenmeli, IoT de servis yazılımı geliştirilmeli ve istendiğinde servisler bir lego gibi sistemden istendiği zaman eklenebilmeli, çıkarılabilmeli ya da güncellenebilmelidir. 5G ağ teknolojilerinin özellikleri kullanılarak da bu sisteme entegre edilebilmelidir. Bu çalışmada, Nesnelerin interneti için geliştirme platformlarından Amazon Web Servislerinin içindeki AWS IoT servisi kullanılmaktadır. Daha sonra, Arduino Yun cihazının AWS IoT servisi ile bağlantısının yapılması için gereksinimlerin neler olduğu açıklanmaktadır. Bulut üzerinde bir Nesnelerin İnterneti uygulaması yapmak için kullanacağımız platformun sunmuş olduğu servislere mutlaka bakılmadır. Platformlardan ne kadar çok hizmet alabilirsek sanallaşma o kadar artmaktadır. 2. Servisler Servisler, platformdan bağımsız, hızlı ve düşük maliyetteki dağıtık uygulamalarda kendi kendini tanımlayabilen bileşenlerdir. [11] Bilgi uzayı içinde servisler, yapısal ve yapısal olamayan olarak ikiye ayrılmaktadır. [2, 12] Tablo 2.1. de bilgi uzayındaki servisler ve özellikleri gösterilmektedir. Yapısal Servisler Peer ın sağladıkları kayıt etme ve ilan etme için üçüncü parti servisleri kullanır. Karmaşık yapılara sahiptir. Yapısal Olmayan Servisler Üçüncü parti servisleri kullanmadan bağımsız servisler sağlar. Basit servis tanımlamasına dayalıdır. Tablo 2.1. Bilgi Uzayında Servisler Servisler bulut bilişimine PaaS, IaaS, Saas, MaaS şeklinde Tablo 2.2 deki gibi hizmetler vermektedir. [10] Bulut servisler üzerindeki uygulama, veri, çalışma zamanı, sanallaştırma, sunucular ve ağ gibi olanaklar bizim ya da hizmet

3 sağlayıcının yönetiminde olabilir. Hizmet sağlayıcının yönetimindeki olanaklar arttıkça sanallaşma da daha çok olmaktadır. Servis Tipi Açılımı Açılımı PaaS Platform as a Service Platform IaaS Insfracture as a Service Altyapı SaaS Software as a Service Yazılım MaaS Manufacture as a Service Üretim Tablo 2.2. Bulut Bilişiminde Servisler 3. IoT Yapısı Nesnelerin İnternetinde servis işlemleri için etkili bir mimari geliştirilmelidir. Nesnelerin İnterneti için yapılmış çeşitli tasarım mimarileri vardır. [9, 10, 13,14] Şekil 3.1. de IoT nin üç katmanlı mimarisi özetlenmektedir. Bu mimari temel üç katmanı içerir. Bu katmanlar; uygulama katmanı, ağ katmanı ve algılama katmanıdır. [13] Önerilen bir başka IoT mimarisi ise dört katmandan oluşmaktadır. Bu katmanlar; uygulama, aktarım, ağ ve algılama katmanlarıdır. [14] Bu iki mimari arasındaki fark aktarım katmanının olup olamamasıdır. Aktarım katmanı, servis kalitesi, güvenilirlik, güvenirlik ve güvenlik kurallarının uygulanabilmesi için oluşturulmuş bir katmandır. [14] IoT Mimarisi içinde servislerin hangi katmanlara katkı sağlayacağı belirlenmelidir. 4. IoT Servis Yazılımı Servis tabanlı yazılım geliştirme için [15] bazı avantajlar bulunmaktadır. Örneğin, IoT de servis yazılımı kullanarak karşılaşabileceğimiz problemleri çözebiliriz. IoT de servis yazılımı kullanılması gereken durumlar: Bir nesne ile aynı anda veri alış verişi yapmak isteyen çok fazla cihaz varsa, Akıllı nesnelerin karar verebilme sürelerinin arttırılması, Sistemde yapılması gereken işleri parçalayarak sistemdeki bir problem durumunda sorunun kolay bulunabilmesi, IoT sisteminde güncelleme, ekleme, silme gereksinimleri, Etkili, esnek ve ölçeklenebilir çözümler, şeklinde olabilir. 5. IoT Geliştirme Platformundaki Servisler IoT Servisler güvenlik, ağ, sunucular, veri tabanları ve veri ambarları gibi alanlarda karşılaşılan problemler veya uygulamaların performansını artırabilecek çözümler getirebilmektedir. Resim 5.1. Amazon Web Servis Platformu Şekil 3.1. Temel IoT Mimarisi Amazon Web Servislerinde (AWS) kullanılabilecek Resim 5.1 de görülen birçok servis bulunmaktadır. Örneğin Resim 5.2 de

4 görülen AWS IOT servisi, sensörler, gömülü cihazlar veya akıllı cihazlar gibi İnternet bağlantısı olan çift yönlü nesneler arasında iletişim, güvenlik ve bulut ortamında çalışmayı sağlayan bir servistir. [16] Resim 5.3. Arduino Yun Resim 5.2. AWS IoT Servisi Aşağıdaki Tablo 5.1 de AWS IoT ile ilişkili AWS servisleri ve servis açıklamaları verilmektedir. [16] Servis Adı Açıklaması Amazon Simple AWS bulut içinde Storage Service (Amazon S3) ölçeklenebilir depolama sağlar. Amazon DynamoDB NoSQL veritabanlarını yönetmeyi sağlar. Amazon Büyük ölçekte gerçek Kinesis zamanlı verilerin akışını işlemeyi sağlar. AWS Lambda Olaylara cevap vermede Amazon EC2 den kodu sanal sunucular üzerinde çalıştırır. Amazon Simple Bildirimleri gönderir Notification ve alır. Service (Amazon SNS) Amazon Simple Uygulamalar Queue Service tarafından alınmasını (Amazon SQS) sağlayan kuyrukta veri depolar. Tablo 5.1. AWS IoT ile entegre olabilen servisler Bu çalışmada IoT de akıllı bir sistem tasarımı için öncelikli olarak Resim 5.3 te görülen Arduino Yun cihazı kullanıldı. IoT geliştirme platformlarından AWS içindeki servislerden Resim 5.2 de görülen AWS IoT servisi ile bağlantısını yapmak için şunlar gerekir: AWS IoT içinde bir nesne oluşturulur. (schooldata adında bir nesne oluşturuldu) Oluşturulan nesne cihaza bağlanır. (Embedded C, NodeJS, Arduino Yún seçenekleri vardır.) Arduino Yun seçeneği seçildi. Sertifikalar oluşturulur. (Download public key, Download private key, Download certificate şekinde verilen dosyalar kaydedilir.) Bağlantı doğrulanıp başlatılır. AWS IoT Arduino Yun SDK. indirilir. Resim 5.4 te görülen kısım aws_iot_config.h dosyasına eklenir. Resim 5.4. Sertifikalar. Program çalıştırılır ve bağlantı sağlanır.

5 AWS IoT servisi ve Arduino Yun bağlantısında karşılaşılan problemler için dokümantasyonda ve geri bildirimlerde eksiklikler bulunmaktadır. 6. Sonuç ve Öneriler Bu çalışmada, Nesnelerin interneti için geliştirme platformlarından Amazon Web Servislerinin içindeki AWS IoT servisi kullanıldı. Daha sonra, Arduino Yun cihazının AWS IoT servisi ile bağlantısının yapılması için gereksinimlerin neler olduğu açıklandı. AWS IoT servisinin Arduino Yun cihazına bağlantısı konusunda var olan dokümantasyonlarda ve geri bildirimler konusunda eksiklikler bulunmaktadır. Bağlantı konusunda karşılaşılan güçlükler aşılırsa bulut ortamında IoT uygulaması konusunda hızlı ilerlemeler sağlanabilir. Kaynaklar [1] Mingkhwan, A., Merabti, M., Askwith, B., Interoperability of Structured and Unstructured Services in Personal Mobility Information Space, www2.ing.unipi.it/ew2002/proceedings/120.p df. [2] Dönmez, O., Önal, A., Toker, L., Alaybeyoğlu, A., Akademik Ortamlardaki Mobil Ad Hoc Ağlarda Servis Tabanlı Yazılım Geliştirme, Akademik Bilişim 09 - XI. Akademik Bilişim Konferansı Bildirileri, [3] Dönmez, O.,Önal, A.,Topaloğlu, Y., Mobil Teknolojilerde Servis Tabanlı Yazılım Geliştirme, Akademik Bilişim Konferansı, 2006, [4] Zanella, A., Bui, N., Castellani, A., Vangelista, L., Zorzi, M., Internet of Things for Smart Cities, IEEE Internet Of Thıngs Journal, Vol. 1, No. 1, February [5] Soliman, M., Abiodun, T., Hamouda, T., Zhou, J., Lung, C. H., Smart Home: Integrating Internet of Things with Web Services and Cloud Computing, 2013 IEEE International Conference on Cloud Computing Technology and Science, v.2, p , [6] Fan, Y. J., Yin, Y. H., Xu, L. D, Zeng, Y., Wu, F., IoT-Based Smart Rehabilitation System, IEEE Transactions On Industrial Informatics, Vol. 10, No. 2, May [7] IMT-2020 (5G) Promotion Group 5G Network Technology Architecture White Paper, May [8] Pujolle, G., Software Networks- Virtualization, SDN, 5G and Security, John Wiley & Sons, Inc., ISBN , 2015, p [9] Li, L., Li, S., Zhao, S., QoS-Aware Scheduling of Services-Oriented Internet of Things, IEEE TRANSACTIONS On Industrial Informatics, Vol. 10, No. 2, May [10] Tao, F., Zuo, Y., Xu L. D., Zhang, L., IoT-Based Intelligent Perception and Access of Manufacturing Resource Toward Cloud Manufacturing, IEEE Transactions On Industrial Informatics, Vol. 10, No. 2, May 2014 [11] Papazoglou, M. P. and Heuvel, W., Service oriented computing:state-of-theart and open research issues, [12] Fergus, P., Mingkhwan, A., Merabti, M., Hanneghan, M., DiSUS:Mobile Ad Hoc Network Unstructured Services, IFIP

6 International Federation for Information Processing 2003, M. Conti et al. (Eds.): PWC 2003, LNCS 2775, pp , [13] Li, S., Oikonomou, G., Tryfonas, T., Chen, T. M., and Xu, L. D., A Distributed Consensus Algorithm for Decision Making in Service-Oriented Internet of Things, IEEE Transactions On Industrial Informatics, Vol. 10, No. 2, May [14] Bozdoğan, Z., Nesnelerin İntermeti için Mimari Tasarım, Düzce Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, [15] Dönmez, O., Mobil Teknolojilerde Servis Tabanli Yazilim Geliştirme, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü (Yüksek Lisans Tezi), [16] Amazon Web Services, perguide/what-is-aws-iot.html