Afet Senaryoları için Akıllı Telefon Tabanlı Altyapısız İletişim

Transkript

1 Afet Senaryoları için Akıllı Telefon Tabanlı Altyapısız İletişi Görke Karadeniz, Can Tunca, Sinan Işık*, Ce Ersoy oğaziçi Üniversitesi, ilgisayar Mühendisliği ölüü, NETLA, İstanbul *oğaziçi Üniversitesi, Mateatik ölüü, İstanbul E-ail: Özet: Afet sonrasında iletişi ve bilgi paylaşıının sağlanası he felaketzedeler he de kurtara ekipleri açısından kritik önee sahiptir. Zaana karşı yarışın olduğu bu dönede iletişi altyapısının genellikle kullanılaaz hale geldiği ve tairinin vakitli bir şekilde sağlanaadığı görülüştür. u bildiride, afet sonrası iletişi için akıllı telefonlar üzerinde, altyapıya gereksini duyadan çalışan, gecike toleranslı bir siste tanıtılaktadır. Sunulan çözüün teel özelliği standart Android tabanlı akıllı telefonlarda yönetici yetkisi isteeden çok atlaalı iletişi ikanı sağlaasıdır. Ayrıca bu uygulaa birçok benzerinden farklı olarak herhangi bir kullanıcı üdahalesine ihtiyaç duyadan cihazlar arasında çok atlaalı bilgi paylaşıı sağlaaktadır. Uygulaaızın işlevselliği çeşitli deneylerle inceleniş ve uut vadeden sonuçlar alınıştır. Anahtar Sözcükler: Afet, Acil Duru, Gecike Toleranslı İletişi, Altyapısız İletişi, Akıllı Telefon. Sartphone-based Infrastructureless Counication for Disaster Scenarios Abstract: Counication and inforation sharing are of utost iportance, especially after disasters, both for the search and rescue teas and the survivors. Disasters have a tendency to ipede the operation of the counication infrastructures, and the tiely recovery of the functionalities is usually not possible. In this paper, we present an infrastructureless, delay tolerant counication syste designed to operate on sartphones. The key feature of the proposed syste is that it can work on Android sartphones with standard configurations, without requiring root privileges, contrary to other proposals in the literature. In addition, the syste supports sealess ulti-hop counications, without requiring any intervention by the users of the interediate devices. The operability and the perforance of the proposed syste is evaluated through real tests and proising results are obtained. Keywords: Disaster, Eergency, Delay Tolerant Counication, Infrastructureless Counication, Sartphone. 1. Giriş 17 Ağustos 1999 da yaşanan Gölcük deprei, saniyeler içinde geniş alanlarda elektrik kesintilerine, telefon altyapılarının çökesine yol açıştır. u altyapıların taaen işlevsel hale gelesi yaklaşık on gün gibi uzun bir süre alıştır. u kesintiler, haberleşenin büyük öne taşıdığı araa, kurtara çalışalarını da etkileiştir. Özellikle kritik bölgelerden haber alayı ve araa/kurtara ekiplerinin koordinasyonunu sağlayacak hareketli, geçici GSM yapılarının kurulasındaki gecike 24 saati buluştur [1]. u tür doğal afetler aalesef hayatıızın göz ardı edileez bir parçasıdır. u sebeple, afet senaryolarında çalışabilecek haberleşe sistelerinin geliştirilesi, daha çok hayatın kurtarılabilesi açısından büyük öne taşıaktadır. Özellikle Altın Saatler olarak

2 A ROADCAST: İMDAT! ina içerisinde ahsur kaldı!!! Adres: ' ' ARAMA & KURTARMA C TO 'E': en iyiyi. Sen iyi isin? enile oğaziçi Stadında buluşabilir isin? TO 'C': Taa. Akşa üzeri orada oluru. E ROADCAST: Erzak yardıına nerede ulaşabiliri? ROADCAST: Kızılay burada. 'Konu'da erzak yardıı yapılaktadır. ERZAK & YARDIM adlandırılan ilk 72 saat içinde yapılacak kurtara çalışaları çok daha kritiktir [2]. u sistelerin sağlayabileceği ikanlar arasında, kazazedelerin yakınlarıyla haberleşesi, yardı çağrısında bulunası veya en yakın barınağın yerini öğrenesi de sayılabilir. Merkezi haberleşe sistelerinin sansür altında olduğu durularda da daha serbest haberleşe olanakları sunulabilir. Örnek bir senaryo Şekil 1 de veriliştir. Gelişen teknoloji ile birlikte telekoünikasyon cihazları, özellikle akıllı telefonlar, hayatıızın vazgeçilez parçaları haline geliştir. Uluslararası Telekoünikasyon irliği nin (ITU) verilerine göre cep telefonu abonelik sayısı 2014 yılında yedi ilyar civarına ulaşıştır [3]. u telefonların büyük bir kısını birçok haberleşe standardını barındıran akıllı telefonlar oluşturaktadır. Fakat bu teknolojileri işler kılan altyapıların varlığı birçok son kullanıcı tarafından fark edileektedir. Ancak doğal veya insan kaynaklı bir afet esnasında bu altyapıların hasar göresi veya beklenenden daha yoğun kullanılası, erkezi bir yapıya bağılı cihazların fonksiyonlarını ciddi ölçüde kesintiye uğrataktadır. u tarz kriz durularında, özellikle akıllı telefonların telekoünikasyon yeteneklerini altyapıdan Şekil 1. Afet sonrası haberleşe bağısız olarak etkin biçide kullanabilecek yönteler değer kazanır. Literatürde akıllı telefonlar için tasarlanış dağıtık haberleşe sisteleri evcuttur. u önerilerde WiFi, luetooth gibi birçok standart göz önünde bulunduruluştur. Öneli çalışalar arasında, WiFi ve Android tabanlı Serval Projesi [4], ios tabanlı HelpMe projesi [5] ve dağıtık bir Twitter alternatifi sunayı hedefleyen Twiight [6] bulunaktadır. Fakat evcut çoğu öneri, piyasadaki standart akıllı telefonların yönetici yetkileriyle yeniden yapılandırılasını gerektirekte ve kullanıcıların alışıldık kullanı deneyilerini kısıtlaaktadır. u bildiride Android işleti sistei kullanan akıllı telefonlar üzerinde luetooth tabanlı çalışan, gecike toleranslı, fırsatçı ve dağıtık bir haberleşe sistei sunulaktadır. enisenen gecike ve sekte toleranslı siste iarisi afet senaryolarında kullanıa uygundur [7]. Önerilen yöntein teel özelliği benzer diğer bazı çözülerden farklı olarak yönetici yetkisine ya da ve cihaz içerisine göülü herhangi bir yazılıın yeniden yapılandırılasına ihtiyaç duyadan birçok luetooth destekli Android cihazda çalışabilesidir (En son uygulaa Android 4.1 versiyonu ve yukarısı içindir). Ayrıca

3 geliştirdiğiiz uygulaa, kullanıcı üdahalesine ihtiyaç duyadan cihazlar arasında çok atlaalı bilgi paylaşıı sağlayabilektedir. unlara ek olarak uygulaaızın perforansı gerçek testlerle değerlendiriliş ve alınan uut verici sonuçlar son bölüde okur ile paylaşılıştır. 2. Siste Miarisi Önerdiğiiz acil duru iletişi sisteinin geliştirilesinde göz önünde bulundurulan asıl faktör, sistein erişilebilir ve olabildiğince fazla kullanıcı tarafından kullanılabilir olasıdır. u sebepten ötürü geliştire ortaı olarak Android işleti sistei seçiliştir. Android işleti sistei, Sasung ve Motorola dahil öneli akıllı telefon üreticileri tarafından yaygın olarak kullanılaktadır ve geçtiğiiz birkaç yıl içerisinde arkette güçlü bir konu etiştir. Öncü çalışalarıız sırasında, görece yeni bir teknoloji olan Wi-Fi Direct in kullanılabilirliği deneniştir. u yönte daha uzak esafeler ile bağlantı kurulasını ükün kılaktadır, fakat Android işleti sisteinin, kullanıcıların üdahalesi (arayüzde çıkan bir diyalog aracılığı ile) oladan cihazların birbiriyle bağlantı kurasına izin vereesi sebebiyle çalışalara luetooth ile deva ediliştir. u bölüde sisteiizin yapısal detayları veriliştir. Siste kipleri, odüller ve birbirleriyle etkileşileri detaylı bir biçide anlatılaktadır. 2.1 İşle Kipleri Sistein iki teel işle kipi bulunaktadır, bunlar: Mesaj Yayılaa (roadcast) ve Doğrudan Mesajlaşa. u kipler, paketlerin ulaştırılacağı hedef kullanıcıları belirler. Mesaj Yayılaa: Sistein kullanıcılar tarafından acil duru anonslarını yayılaak aacıyla, bir alıcı belirteden A Kullanıcı 'A', E kullanıcısına esaj / veri paketi gönderek ister. Uygulaa bu paketi lokal veritabanında saklar. Uygulaa arka planda çalışır ve uygun bir cihaz ile iletişie geçildiği anda eşlene sonucu esajı iletir A t 1 E için Mesaj '' Gönder ATLAMA 1: İki cihaz eşlendiği zaan esaj '' kullancısının cihazına otoatik olarak iletilir ATLAMA 2: kullanıcısı ilerleeye deva ederken C enzile girer ve cihazlar eşlenirler. unun sonucunda esaj '' C'nin cihazına iletilir t 2 t 3 kullanılabilesi için esaj yayılaa kipine gerek duyulaktadır. Örneğin depre sonrası kullanıcı bir bina içerisinde ahsur kalış yardı çağrısında bulunuyor ya da sokaklarda erzak yardıına uhtaç duruda bekliyor olabilir. Yayın esajları çok atlaalı bir şekilde olabildiğince fazla kullanıcıya ulaşayı aaçlaaktadır. Afetzede esaj içerisinde adresini ya da konu bilgisini ekleyebilir ve böylelikle araa kurtara ekiplerine duru bilgisini ulaştırabilir. Doğrudan Mesajlaşa: Afet sonrasında insanların genel olarak aile ve arkadaşlarına ulaşıp duruları hakkında bilgi paylaşayı denedikleri görülektedir. öyle bir duruda sistein doğrudan esaj özelliğinin kullanışlı olduğu görülür. Kullanıcı belirli kişilere çok atlaalı şekilde ulaşacak esajlar gönderebilir. Düğülerin hareketli olduğu büyük çaplı ağ şartlarında uçtan uca kesintisiz bağlantı sağlaak zordur. u sebeple önerdiğiiz sistede, çok atlaalı haberleşeyi sağlaak için sakla ve ilet yaklaşıını benisedik. u yaklaşı sayesinde kullanıcıların hareketi, paketlerin daha uzun esafeler kat etesi için bir avantaj haline gelektedir. Örnek bir çok atlaalı haberleşe senaryosu Şekil 2 de veriliştir. C C E ATLAMA 3: C ve D 'nin cihazları eşlenirler böylelikle esaj bir kopyası da D cihazının hafızasına yerleşir t 4 t 5 D ATLAMA 4: Eşlene sonucu esaj '' E kullanıcısına iletilir. E A kişisinden gelen esaj '' Şekil 2. Hareketli kullanıcılarla çok atlaalı haberleşe senaryosu

4 Dinlee Tarayıcı Kararı Kararı 2.2 Siste Modülleri Eşlene Al Açık İsteği (a) Gönder Paket İşlee Eşlene Gönder Açık eklee Paket İşlee eklee Zaan Aşıı Sisteiiz birçok farklı görevi yerine getiren odüllerden oluşaktadır. u bölüde odüllerin işlevsel detayları okuyucuya sunulaktadır. Modüllerin birbiriyle ilişkilerine Şekil 3 te yer veriliştir. Dinlee Modülü: u odül dışarıdan gelen bağlantı isteklerini dinler. Uygulaaız aynı anda 3 farklı isteği kabul edebilir; sebebi uygulaanın her biri ayrı bir kanalı ifade eden üç farklı UUID yi dinleesidir. ir UUID üzerinden luetooth bağlantı isteği geldiğinde kanal üsait ise iki cihaz arasında bir bağlantı kurulur. ir kanal üzerindeki bağlantının başarılı ya da başarısız bir şekilde son bulası duruunda dinlee odülü tekrar aynı UUID yi dinleeye başlar. Taraa Modülü: u odül bağlanılacak diğer cihazları araa ve bula görevini yerine getirir. luetoothadapter sınıfının cihaz keşif fonksiyonları bu odül tarafından kontrol edilektedir. Taraa süresi Android işleti sisteinde varsayılan olarak 12 saniyedir ancak uygulaaız bu işlein sadece 3 saniyesini kullanaktadır. Taraa sonlandıktan sonra odül belirli rastlantısal bir aralık boyunca uyur, böylelikle iki cihazın sürekli olarak aynı anda taraa yapa ve birbirlerini göreee olasılığı düşürülür. Uyku süresi bittikten sonra odül taraa Al Zaan Aşıı (b) Şekil 3. Modül ilişkileri. (a) Gelen paketler için, (b) Giden paketler için. işleini yeniden başlatır ancak eğer local veritabanında iletilecek bir paket yok ise taraa işlei başlaaz ve böylelikle enerji tasarrufu sağlanır. Paket İşlee Modülü: Paket işlee odülü blocking wait kullanarak diğer cihazlardan gelen paketleri işlee görevini yerine getirir. Paket alanları incelenir ve gelen paket türüne göre gerekli işle yerine getirilir. Eğer işlenen paketin alıcısı cihazın kendisi ise esaj grafiksel arayüze iletilir değil ise paket atlaa örü bir azaltılarak lokal veritabanına depolanır. Eğer gelen paket türü yayın paketi ise grafiksel arayüzde gösterilir. Eğer geliş olan paketin alıcısı başka bir cihaz ise aşağıda açıklanan 3 olasılık kontrol edilir: (i) ile son eşlene zaan dagası kontrolü O zaan dagası sonrasında gelen paketlerin lokal veritabanından çekilesi ile son eşlene zaan dagasının güncellenesi Gelen paket kilik nuarasının lokal veritabanı ile kıyaslanası Gelen Paketlerin İşlenesi (ii) (iii) A Paket kilik nuaraları İstenen paketlerin kilik nuaraları Paketler Paket kilik nuaraları İstenen paketlerin kilik nuaraları Paketler Alıcı ile arada aktif bir bağlantı var ise paket doğrudan o cihaza iletilir. Alıcı arada aktif bir bağlantı yoksa ancak yakın zaanda bir bağlantı kuruluş ise taraa odülünün uyku dönei kesilerek erken bir taraa başlatılır. Eğer herhangi başka bir cihaz ile aktif bağlantı var ise o cihazla tekrar eşlene başlatılır. Karar Modülü: u odül içerisinde taraa odülü tarafından bulunan cihazlar ile bağlantı kurulaya ihtiyaç olup oladığına karar verilektedir. Lokal veri tabanında iletilecek paket yok ise bağlantı kurulaya çalışılaz. Gelen paket kilik nuarasının lokal veritabanı ile kıyaslanası Gelen Paketlerin İşlenesi A ile son eşlene zaan dagası kontrolü O zaan dagası sonrasında gelen paketlerin lokal veritabanından çekilesi A ile son eşlene zaan dagasının güncellenesi Şekil 4. Örnek eşlene senaryosu

5 Şekil 5. Uygulaa arayüzü İstek Modülü: u odül karar odülünden gelen istek doğrultusunda başka bir cihaz ile bağlantı kurar. Android işleti sisteinde, başka bir cihazın bağlantıya uygun belirli UUID leri dinleyen luetooth soketlerini araştırak; o soketlere bağlanayı deneek ile eşit oranda enerji ve zaan harcayan bir işledir. u sebepten sisteiiz doğrudan uygulaa içerisinde tanılanış olan 3 UUID yi sırasıyla kullanarak bağlantı kurayı deneektedir. Eğer bağlantı kura isteği kabul edilirse iki cihaz arasında bir bağlantı açılır ve eşlene işleine başlanır. Eşlene Modülü: Gelen bir bağlantı isteği kabul edildiğinde ya da dışarı gönderilen bir bağlantı isteğine olulu yanıt alındığında bir iletişi iş parçacığı başlatılır. Uygulaaızda aynı anda çalışabilecek olan iletişi iş parçacıklarının sayısı 6 ile sınırlanıştır (üç tanesi gelen bağlantılar ve 3 tanesi giden bağlantılar için). unun teel nedeni akıllı telefonlar üzerinde kullanılan luetooth yongalarının yapısal sınırlaalarıdır. İki cihazın aralarındaki esaj alışverişi eşlene olarak adlandırılaktadır. Eşlene işlei gereğinden fazla paket ileti deneelerini engeller. Cihazlar eşlene zaan kayıtlarını kullanarak, sadece en son görüşelerinden sonra ellerine geçen Şekil 6. Test sonuçları paketleri birbirlerine ileteyi denerler. Daha önceki paketler iletileye çalışılaz ve böylelikle enerji ve sure tasarrufu sağlanır. Örnek bir eşlene senaryosu Şekil 4 te veriliştir. Geliştirdiğiiz uygulaanın arayüzü Şekil 5 te gösterilektedir. Esas işleve kolay erişi sağlayacak, sezgisel bir tasarı anlayışı beniseniştir. Farklı kullanıcılarla yürütülen konuşalar ayrı ayrı gruplanış ve esaj yayılaa kipi de arayüzde ayrı ve kolay erişilebilir bir şekilde yer buluştur. 3. aşarı Değerlendiresi Önerdiğiiz sistein başarıını çok sayıda cihazla açık alan kapüs ortaında gerçekleştirilen testle değerlendirdik. u test için 8 adet Android işleti sistei yüklü telefon kullanılıştır (3 x Sasung Galaxy Note 2, 2 x Motorola Moto G, 2 x Sasung Galaxy S4 Mini, 1 x Sasung Galaxy S4). Kullanılan telefonların arka ve odellerinin farklılığı önerdiğiiz sistein genel kullanışlılığına dair bir göstergedir. Testi otoatik hale getirek aacıyla belirli sıklıklarda otoatik paket oluşturan bir yapı uygulaa içerisine yerleştiriliştir. Üretilen paketlerde esaj yayılaa kipi kullanılış ve paketler test içerisindeki tü cihazlara dağıtılıştır. 30 dakika süren testte topla 500 paket oluşturuluştur. Test sonuçları Şekil 6 da veriliştir. Değişik sayıda atlaa yapan paketlerin ortalaa

6 gecikeleri gösterilektedir. Telefon enerji harcaalarının en aza indirgenesi aacıyla bağlantı aralığını belirleyen değişkenler büyük tutuluş ve gecikelerin artası pahasına, kullanıcı deneyiinin önerdiğiiz sistein ek yükünden etkileneesi sağlanıştır. Paketlerin çok sayıda atlaa ile dahi hedefe ulaştırıldığı ve sistein başarıyla çalıştığı gözleleniştir. 4. Sonuç ve Öneriler u çalışada, afet sonrası iletişi için Android akıllı telefonlar üzerinde çalışan, luetooth tabanlı, altyapıya gereksini duyayan, gecike toleranslı bir siste tasarlanış ve uygulanıştır. Sunulan çözüün en teel özelliği standart Android akıllı telefonlarda, yönetici yetkisi isteeden ve cihaz üzeri yongaların yeniden yapılandırılasına ihtiyaç duyuladan çok atlaalı iletişi ikanı sağlaasıdır. Ayrıca bu siste, herhangi bir kullanıcı üdahalesine ihtiyaç duyadan çok atlaalı bilgi aktarıı sağlaaktadır. Uygulaaızın perforansı gerçek testlerle inceleniş ve işlevsel özelliklerinin paket gecikesine olan etkileri değerlendiriliştir. Yapılanlara ek olarak çevresine uyu sağlayabilen bağlantı zaan aşıı ve cihaz taraa yöntelerinin uygulaaya geçirilesi sistein genel perforansını olulu yönde etkileyecektir. Veri güvenliği de bu akalede değinileiş bir başka öneli konudur. Gelecekte, kötü niyetli kullanıcıların önerdiğiiz sistein aaçlarını sekteye uğratasını engelleyecek güvenlik yöntelerinden faydalanayı planlıyoruz. Ayrıca sistein başarıını daha büyük çaplı testlerle değerlendireyi hedefliyoruz. 5. Kaynaklar [1] Focus Group on Disaster Relief Systes, Network Resilience and Recovery, Telecounications and Disaster Mitigation, T/focusgroups/drnrr/Docuents/Technical report pdf, ITU-T, Tech. Rep., [2] Y.-N. Lien, H.-C. Jang, and T.-C. Tsai, A anet based eergency co- unication and inforation syste for catastrophic natural disasters, in Distributed Coputing Systes Workshops, ICDCS Workshops th IEEE International Conference on, June 2009, pp [3] The Key ICT Data for The World, Mobile Cellular Subscriptions, D/Statistics/Pages/stat/ default.aspx, ITU-T, Tech. Rep., [4] P. Gardner-Stephen, The serval project: Practical wireless ad-hoc obile telecounications, Rural, Reote & Huanitarian Teleco- unications Fellow, Flinders University and Founder, Serval Project, Inc, vol. 3, [5] O. Mokryn, D. Kari, A. Elkaya, and T. Teller, Help e: Opportunistic sart rescue application and syste, in Ad Hoc Networking Workshop (Med-Hoc-Net), 2012 The 11th Annual Mediterranean, June 2012, pp [6] F. Legendre, T. Hossann, F. Sutton, and. Plattner, 30 years of wireless ad hoc networking research: What about huanitarian and disaster relief solutions? what are we still issing? in Proceedings of the 1st International Conference on Wireless Technologies for Huanitarian Relief (ACWR), Aritapuri, Kolla, Kerala, India, 2011, pp [7] M. Khabbaz, C. Assi, and W. Fawaz, Disruption-tolerant networking: A coprehensive survey on recent developents and persisting challenges, Counications Surveys Tutorials, IEEE, vol. 14, no. 2, pp , Second 2012.