Nesnelerin İnternetine Doğru: Güncel Konular ve Gelecekteki Eğilimler. Towards to The Internet of Things: Current Topics and Future Trends

Transkript

1 Nesnelerin İnternetine Doğru: Güncel Konular ve Gelecekteki Eğilimler S. Alperen Çeltek1, Hakkı Soy2, Mehmet Hacıbeyoğlu3 1 Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü, Karaman 2 Necmettin Erbakan Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Konya 3 Necmettin Erbakan Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Konya salperenceltek@kmu.edu.tr, hakkisoy@konya.edu.tr, hacibeyoglu@konya.edu.tr Özet: Nesnelerin interneti (Internet of Things, IoT) kavramı, belirli bir ortamda bulunan cihazların kablolu / kablosuz bağlantı üzerinden birbirleriyle etkileşim kurdukları, işbirliği içerisinde yeni uygulamalar ve gelişmiş servislerin kullanılmasına imkân sağladıkları geniş ölçekli ağları ifade eder. Bu kapsamda süregelen araştırmalar ile akıllı şehirler, akıllı binalar, güvenlik, enerji ve çevrenin korunması gibi amaçlar doğrultusunda evde, işte, tarımda ve sanayide gerçekleştirilen faaliyetleri kolaylaştıracak yenilikçi sistemler geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Nesneler arasında haberleşmenin sağlanmasında sensör ağları, RFID, makineler arası iletişim, NFC, mobil internet, IPv6, bulut bilişim gibi teknolojilerden faydalanılması planlanmaktadır. Nesnelerin internetiyle, yakın gelecekte mobil telefonlar yanında küçük ev cihazları, endüstriyel makineler, sensör ve eyleyici (actuator) düğümlerden oluşan özel ağlar üzerinde çalışacak gerçek zamanlı kontrol ve uzaktan izleme uygulamaları günlük yaşamda geniş ölçekte yer bulacaktır. Bu bildiride nesnelerin interneti genel hatlarıyla incelenmiş, bu tip yeni nesil internet uygulamalarının toplum ve ekonomi üzerinde etkileri gözden geçirilmiştir. Anahtar Sözcükler: Nesnelerin İnterneti, Yeni Nesil İnternet, IoT. Towards to The Internet of Things: Current Topics and Future Trends Abstract: The internet of things express large scale network that devices in the specific place interact with each other, enable to using new applications and development services with cooperation. Within this scope, is aimed to develop new systems that simplfy to activities in agriculture and industry as smart cities, smart buildings, security, energy and protection of environment. The communication between things is planned to provide by technology as RFID, machine to machine communication, NFC, mobile internet, IPv6, cloud computing. With Internet of Things, in near future, real time control and remote monitoring applications (small home appliance, industrial machine, sensor and actuator ) that work on the specific network will take place in the company of mobile phones. In this work, the general terms of internet of things are investigated, also are viewed at this new generation internet applications on effects of society and economy. Key Words : Internet of Things, New Generation Internet, IoT. 1.GİRİŞ Günümüzde küresel bazda internete bağlı cihazların büyük bir çoğunluğu direk insanlar tarafından kullanılan bilgisayarlar ve akıllı telefonlar gibi cihazlardır. Bu kapsamda amaç insan-insan ve insan-makine arası etkileşimdir. Özellikle nano teknolojinin haberleşme alanına getirdiği yeniliklerin sayesinde günümüzde kullanılan ağın etkileşim alanı genişlemiş ve daha geniş servislere hizmet verme olanaklarına sahip olmuştur. Nesnelerin interneti diye anılan bu yeni nesil ağ sayesinde haberleşme ve iletişim yeni bir boyut kazanmıştır. Bu yeni trend sanal dünya ile gerçek dünya arasında köprü görevi yapmakta ve şimdiden firmalar ve şirketler için önemli planlara konu olmaktadır. RFID ve sensör teknolojilerinin de gelişimiyle her geçen gün bu ağa yeni bir nesne dahil oluyor. Bu sayı 2008 yılında 5 milyar civarında iken, 2020 yılında tahmini rakam 50 milyara ulaşması bekleniyor.[1] Şekil 1 İnternete bağlı cihazlarda 10 kat artış Literatüre bakıldığında nesnelerin internetine ait bir çok tanıma rastlanılır; Fiziksel ve sanal nesneleri birbirine bağlayan, veri üretmeleri ve bu verilerin paylaşımını 620

2 sağlayan dünya çapında küresel bir altyapı.[2] Fiziksel nesnelerin kolaylıkla ve fark edilmeden bilgi ağlarına bütünleşmiş edilerek bilgi üretme ve iş süreçlerine katkıda bulunmalarını sağlayan genel ağ sistemi.[3] benzersiz bir şekilde adreslenebilir nesnelerin kendi aralarında oluşturduğu, dünya çapında yaygın bir ağ ve bu ağdaki nesnelerin belirli bir protokol ile birbirleriyle iletişim içinde olmaları.[4] Canlı-cansız her nesnenin, bir ağa bağlanıp diğer nesnelerle iletişim ve etkileşim haline geçmesi yaşadığımız dünyayı da yeniden şekillendiriyor. Nesnelerin İnternetinin öncülüğünde tamamen bağlantılı ve akıllı bir dünyaya doğru son hızla ilerliyoruz. Bu gelişim ve trend birçok alanda etkilerini gösterdiği gibi, endüstriyel alanlarda da çok büyük bir devrime sebep oluyor. Ağa bağlı her nesnenin üretim alanında daha fazla kullanımını içeren bu trend ile birlikte endüstriyel alanda köklü değişimler başlamış ve bu değişim Dördüncü Endüstri Devrimi Endüstri 4.0 olarak adlandırılan yeni bir dönem olarak nitelendirilmiştir. Dördüncü endüstri devrimi başladı ve hızla ilerliyor. Geri dönüşü olmayan bu devrim gelecekteki sorunların çözümü olarak karşımıza çıkacak [5]. Özellikle avrupada şimdiden başlamış olan ve çok hızlı bir gelişim gösteren bu devrimde amaç hem uzakdoğu ülkeleri gibi ucuza üretmek, hem alışılagelmiş avrupa kalitesini korumaktır Bu çalışma şu şekilde devam etmektedir; İkinci bölümde nesnelerin internetinin yıllar içinde gelişimine değinilmiş, üçüncü bölümde nesnelerin internetine ait mimariye yer verilmiştir. Dördüncü bölümde ise nesnelerin internetinin potansiyeli, planları ve geleceğe dönük yatırımları yer almıştır. Sonuç kısmnda yeni nesil internetin nesnelerin internet olacağının kaçınılmazlığı ele alınmıştır. 2.Nesnelerin İnterneti Nesnelerin internetine örnek olabilecek ilk çalışma 1991 yılında Cambridge de (İngiltere) yapılmış. Bir grup akademisyen üst katta bulunan kahve makinesine ait görüntüyü kendi aralarında kurulu olan ağa atan bir sistem geliştirmişlerdir. Bu sistem dakikada 3 kez görüntü alıp, güncellenmekteydi. Şekil 2 IoT e ilk örnek olan kahve makinesinden farklı zamanlarda alınmış görüntüler ( Cambridge 1991 ) Nesnelerin internet kavramı ise ilk olarak Kevin Ashton tarafından 1999 yılında özel bir şirket için yapılan sunumda ortaya çıkmıştır.[6] Nesnelerin internetine öncülük yapan MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) protokolü ile ilk tanışma 1999 yılında IBM ve Arcom in (Şimdi Eurotech) ortaklaşma çalışmasıyla olmuştur.[7] MQTT yayınlama ve abone olma mantığına dayanan telemetri mesajlasma protokolüdür. Makineler arası (M2M) haberleşmede kullanılmaktadır. Benzer protokollerden ayrılan en önemli özelliği ise hafif (lightweight) olması ve bu sayede bir çok platformda rahatlıkla kullanılabilmesidir. Bu protokolün ortaya atılması firmaların ilgisini çekmiştir ki 2000 li yıllardan sonra firmaların IoT planlarında bir patlama söz konusudur. Ünlü bir elekronik firmasının 2000 yılında açıkladığı internete bağlı buzdolabı ise bu planların ilki sayılabilir.[8] Bu planların yıllar içinde artması küresel anlamda dikkat çekmiş ve Birleşmiş Milletler uluslararası telekomünikasyon raporunda ilk kez nesnelerin internetine yer vermiştir(2005)[9]. Bundan 3 yıl sonra ise Zürih ilk uluslarası nesnelerin internet konferansına ev sahipliği yapmıştır [10]. Nesnelerin internetinin etkisi kısa sürede bir çok alana tesir etmiştir. Özellikle yer, zaman ve nesne kısıtlaması olmadan her ortama her şartta uyarlanabilme özelliği nesnelerin internetini populer kılmıştır. Nesnelerin interneti dediğimiz geleceğin teknolojisinin en büyük faydaları kullanıcının hayatını kolaylaştırması, zaman ve maliyetin azaltılması ve daha iyi bir müşteri deneyimi sunulmasıdır. 621

3 Algılama (Perception) Katmanı Algılama katmanı, nesnelerin internetinin beş duyu organıdır diye tanımlanabilir. Algılama tabakasında 2 temel amaç vardır; 1. Nesneleri tanımak. 2. Nesnelere ait veri toplamak. Şekil 3 Yeni Nesil İnternetin Yeni Boyutu Nesnelerin interneti 21. yüzyıl insanının yaşamını kolaylaştırmak adına hayatımıza girmeye hazırlanıyor. Bazı şehirlerde algılayıcılardan gelen veri boş park yerlerini belirliyor ve sürücülere bildiriyor. Akıllı evlerden gelen verilerin analizi doğrultusunda faturalar limitlendirilebiliyor. Seralarda topraktaki sıcaklığı, nem miktarını ölçen algılayıcılar, sulamayı ya da bitki üzerinde yapılacak işlemi belirleyip, bu veriyi yetkili kurumlara iletiyor. Vücuda yerleştirilerek yaşamsal verileri sürekli takip eden çipler, hastayı gerekli tedavi için için uyarıyor, İstasyonlar ve kurumlar, depo ve tanklarda azalan ürünleri, cihazların arıza olasılıklarını önceden fark ederek servise iletiyor. 3.Nesnelerin İnterneti Mimarisi Nesnelerin internetine ait çeşitli tanımlamalar olsada genel olarak kabul edilen mimari şekil 4 de belirtildiği gibidir; Algılama (Perception) Katmanı Ağ (Network) Katmanı Uygulama (Application) Katmanı Şekil 4 Nesnelerin İnternetine ait Mimari Şekil 5 Algılama katmanında kullanılan elemanlar RFID (Radio-frequency identification- radyo frekans tanımlama) teknoloji tanıma ve tanımlama için nesnelerin internetinin vazgeçilmez unsurlarındandır. RFID teknolojisinin yaygın kullanımıyla önü daha da açılan NFC (Near Field Communication- Yakın Alan İletişimi), barkodlar( barkod okuyucu, barkod yazıcı ve barkod tarayıcı), QR (Quick Response- Çabuk Tepki) kodları ve dijital watermarking (filigran) teknolojileri bu katmanda kullanılan genel elemanlardır. Nesnelerin internetinin temeli olan nesnelere ait veri toplamak ise sensörler (Isı sensörleri, Manyetik sensörler, Basınç sensörleri, Optik sensörler, Ses sensörleri v.b.) ile sağlanır. Bazı özel uygulamalarda, alınan verilerin filtrelenmesi ya başka tür sinyale dönüştürülmesi için sensörlerin yanında transduserler, tetikleyiciler ve filtrelerde kullanılabilmektedir. Ağ (Network) Katmanı Nesnelerin internenin haberleşme, etkileşim ve iletişim organıdır. Nesnelerin internetinde her nesneye bir IP (Internet Protocol- İnternet Protokol ) adresi verilmesi şarttır. Özellikle IPv4 den IPv6 ya geçilerek bunun alt yapısı oluşturulmuş ve dünya üzerindeki her kum tanesine bile verilebilecek kadar IP adresine sahip olunmuştur[11]. Ağ katmanında temel görev ise şöyle sıralanabilir; 1. Bilgi, veri iletimi 2. Bilgiyi, veriyi işleme Moleküler malzeme teknolojisinin haberleşme ve iletişim alanındaki çalışmaları sayesinde 2000 li yıllardan sonra bu katman için kullanılan elemanlar daha da çeşitlendi. Bilgi iletimi, bluetooth, wifi (Wireless Fidelity- Kablosuz Bağlantı Alanı) ve 3G (3rd Generation- 3. Nesil) gibi kablosuz teknolojilerin uygulamaları sayesinde gerçekleşir. 622

4 Şekil 6 Ağ katmanında kullanılan elemanlar Uygulama (Application) Katmanı Nesnelerin interneti aslında çok geniş bir kavram ye kadar enerjiden halk güvenliğine, sanayiden taşımacılık alanına kadar akla gelen her şey tabiri caizse nesneleşip kendi arasında haberleşebilecek, karar verme yetisine sahip olacak ve bize sadece bizi ilgilendiren kısım olan sonucu bildirecek. Nesnelerin internetin devasa bir etki alana sahip olmasının bir diğer nedeni ise şimdiden öngörülen uygulamalar ve uygulama marketleridir. Akıllı cihaz deyince akla gelen ilk cihazlar akıllı telefonlar ve tabletler olurken sadece bunlar için geliştirilen App Store da 683,409 [12] ve Google Android Market de 422,321 [13] uygulama mevcut. Nesnelerin internetinde ise nesne sayısı ikiden (telefon ve tablet) binlere çıkınca gelecekteki uygulamaların ve uygulama marketlerinin net sayısını şimdiden öngörmek mümkün olmamaktadır. Bu rakamın bu denli büyük olması nesnelerin interneti pazarını da daha şimdiden önemli kılmış, özellikle de yazılım firmalarının araştırma ve geliştirme çalışmalarının bu alana kaymasına sebep olmuştur. 4. Nesnelerin İnterneti Geleceği Hiç şüphesiz 21. yüzyıl teknolojinin en fazla gelişim gösteren zaman dilimi olmuştur. Bunun neticesinde insanlar, gerek günlük işlerinde gerekse şirket ya da üretim faaliyetlerinde mümkün olduğu kadar teknolojiden faydalanmak istemektedirler. Bu bağlamda günümüzde kullanılan bir cihaz ürettiği yada elde ettiği veriyi ilgili başka birime yada cihaza aktaramazsa, bu 21. yüzyıl insanı için noksanlık teşkil etmektedir. İnsanlara ek olarak nesnelerinde teknolojiyi kullanabilmesi, nesnelerin internetini bu noksanlığı gidermek adına alternatifsiz bir çözüm kılıyor. Her geçen daha da artan bu potansiyel adına şu an kullanılan uygulamalar ve gelecek planlarının bir kısmı şu şekildedir; Nesnelerin internetine 80 milyon dolar yatırım yapan bir akıllı termostat firması otomobil, telefon, çamaşır makinesi ve bileklikle etkileşim kurup ısınmayı daha verimli hale getirip enerji tasarrufu sağlamakta her hangi bir terslik olduğunda ise (yangın, gaz kaçağı) yetkilileri uyarmaktadır[14]. Her nesneye spesifik uygulamalar geliştirip bunları ayrı ayrı kullanma imkanı sunan bir akıllı ev firması ise günlük hayatta kullanılan her nesnenin telefonla haberleşmesini amaçlamaktadır[15]. Şuan uygulama marketinde 8 ana başlık altında yüzlerce kit ve bu kitlere uygun uygulamalar bulundurmaktadır[16]. Sadece insan vücuduna yönelik akıllı sensör üretip akıllı cihazla etkileşim sağlayan bir firma ise portatif bir nesnelerin interneti örneğidir. Tişört, şort ve çorap gibi ürünlerle ölçüm yapan sistem, elde edilen verilere göre kişiyi uyarmakta ve sakatlıkların önüne geçmeyi hedeflemektedir[17]. Microsoft nesnelerin interneti için Windows IoT Developer platformunu kurmuş bulunmaktadır. Bu portalda küçük gruplar halinde yayınlamaya başlanan geliştirici kitlerini desteklemek için belgeler ve örnekler sunulmaktadır. 5. Sonuç Geleneksel internetin (sadece bilgisayar-bilgisayar arası etkileşim baz alındığında bile) eğitim, iş yaşantısı, iletişim ve günlük yaşam gibi bir çok alana yenilikler getirmiştir. Nesnelerin interneti bu yenilikleri daha gelişmiş boyuta taşıyacaktır. Nesnelerin interneti her geçen gün bünyesine dahil ettiği yeni nesnelerle geleceğin interneti olmaya geliyor. Teknolojiye olan ihtiyacın ve bağımlılığın her geçen gün artmasıda nesnelerin internetini desteklemektedir. Kaynakça [1] M. Swan, Sensor Mania! The Internet of Things, Wearable Computing, Objective Metrics, and the Quantified Self 2.0, Journal of Sensor and Actuator Networks, vol. 1, pp , [2] Casagras, Coordination and Support Action for Global RFID-related Activities and Standardisation, Avrupa Birliği 7. Framework [3]SAP, [4] Karel, [5] M. Blanchet INDUSTRY 4.0 The new industrial revolution How Europe will succeed Roland Berger Strategy Consultants GMBH pp 7-10, March 2014 [6] view?4986 [7] 623

5 [8] [9] ITU Internet Reports The Internet of Things, International Telecommunication Union, November 2005 [10] org/iot2008/ [11] Geoff Mulligan /12/ipv6-goes-embedded [12] 148Apps.biz Apple itunes App Store Metrics, Statistics andnumbers for iphone Apps. [cited /07] [13] Number of available Android applications - AppBrain. [cited /07] [14] [15] [16] [17] 624