Yaklaşan Teknoloji: Sensör Ağlar
1. Sensör Ağların Tanıtımı
Günümüze kadar farklı tiplerde ve büyüklüklerdeki sensörler, tetikleyici rolüyle elektronik sistemlerin bir parçası olarak kullanılmaktaydı. Mikro elektro-mekanik sistem (MEMS) ve telsiz iletişimi alanlarındaki teknolojik gelişmeler sonucu sensörler için farklı uygulama alanları doğdu; sensör ağlar. Askeri imkan ve kabiliyetlerin arttırılması ve muharebe alanında üstünlük sağlaması için halen üzerinde çalışmaların sürdürüldüğü sensör ağlar, geniş uygulama alanı olması sebebiyle sivil projelerde de kullanılmaktadır [1,2,3,4].
Sensör ağlarda görev yapan bir sensörün (Şekil 1) algılayıcı, işlemci, alıcı/verici ve güç birimleri olmak üzere dört ana elemanı vardır. Bunlara ilave olarak kullanım amacına göre bir sensör, yer bulma sistemi, güç üretim birimi, konum değiştirici bulundurabilir. Ana birimler başta olmak üzere tüm bu birimler bir kibrit kutusu büyüklüğünden [5], bozuk para boyutlarına (Şekil 2.a) [6] düşürülmüş olup, bilgi sistemlerin boyutları da donanım teknolosindeki ilerlemelere paralel olarak daha da küçülmüştür (Şekil 2.b) [7].
Şekil 1. Sensör birimleri
Sensörlerin ana birimlerinden olan ve uygulamalara temel teşkil edecek çok çeşitli algılayıcı tipleri vardır[1,3]. Bunlar:
- Sıcaklık ölçümü,
- Nem ölçümü,
- Hareket algılama,
- Aydınlık tespiti,
- Basınç ölçümü,
- Sismik değer ölçümü,
- Görüntü tespiti,
- Gürültü algılama/ölçümü,
- Canlı/cansız varlık tespiti,
- Mekanik gerginlik algılama/ölçümü,
- Hız, yön, miktar tespiti/ölçümü.
Şekil 2a, 2b. Çeşitli boyuttaki sensörler
Sensör ağlar, uygulamaya bağlı olarak uygulama sahasında konuşlandırılmasına (elle konumlarına yerleştirilmesi, uçaktan atılması gibi) müteakiben, sensörlerin birbiri ile iletişim kurması ile oluşmaya başlar. Donanım ve iletişim gücü itibariyle güçlendirilmiş sensörler, sink etrafında dizayn aşamasında belirlenen protokoller çerçevesinde tamamen kendi kendinlerine kısa sürede organize olurlar [8]. Algılayıcıları vasıtasıyla tespit ettikleri veriyi sink’ e birbirleri üzerinden ulaştırırlar. Sink kendisine ulaşan veriyi kullanıcıya erişim noktalarından (uydu, sabit/hareketli aktarıcı) ya da direk olarak ulaştırır. Verinin iletimi sırasında internet, intranet gibi ağ erişimleri de kullanılabilir.
Sensör ağları geleneksel telsiz ağlardan ayıran özellikler şunlardır [1];
- Sensör ağlarındaki sensör sayısı geleneksel telsiz ağlardaki bilgisayar sayısından çok daha fazla olabilmektedir,
- Sensör uygulama sahasında sensörlerin yoğunluğu fazladır,
- Gerek donanımlarının minyatüre edilmiş olduğundan gerekse de atıldıkları saha özelliğinden bazılarının çalışmama/çalışamama ihtimalleri vardır,
- Donanım özellikleri kısıtlıdır (sınırlı batarya, işlemci, bellek),
- Adrese dayanan statik bir topolojileri yoktur,
- Herbirinin başında kullanıcısı yoktur, uygulama sahasına bırakıldıktan sonra kendi kendilerine organize olmak zorundadırlar.
Sensör ağların dizaynını etkileyen unsurlar şunlardır [1,2]: Hata toleransı, ölçeklenebilirlik, maliyet, uygulama sahası, ağ topolojisi, donanım kısıtlamaları, iletişim ortamı kuralları, ve güç tüketimi. Bunlardan araştırmalara konu olan en önemli unsur güç tüketimidir. Depolanabilen güç miktarı sensörün hayatta kalabilme süresini, dolayısıyla ağ ömrünü belirlediğinden, tüm ağ katmanlarında efektif güç tüketimini temel alan çalışmalar halen sürmektedir.
2. Sensör Ağların Uygulama Alanları
Sensör ağların uygulama alanları, algılayıcı tiplerinin genişliği oranında çeşitlendirilebilmekle beraber, uygulamalar aşsağıdaki gibi başlıklar altında toplanabilir [1]:
2.1. Çevresel Uygulamalar
- Orman yangını, sel, deprem, gibi doğal afetlerin ölçümlendirilmiş olarak hızlı bir şekilde ihbar edilmesinde,
- Hava kirliliği tespiti ve ayrıntılı rapor alınmasında,
- Doğal yaşamın gözlenmesinde.
2.2. Sağlık Uygulamaları
- İnsanların fizyolojik verilerinin uzaktan izlenmesi,
- Hastanede bulunan doktorların yerinin ve hastaların durumunun (kalp atışı, kan basıncı vb.) izlenmesi,
- Hastanedeki ilaç dağıtımının yönetimi.
2.3. Ticari Uygulamalar
- Küçük çocukların konumlarının aileleri tarafından takip edilmesi,
- Güvenlik ihtiyaçları, hırsızlarının tespiti,
- Envanter yönetim yardımcı aracı,
- Araçların izlenmesi ve tespit edilmesi.
2.4. Askeri Uygulamalar
- Dost kuvvetlerin teçhizat ve cephanesinin izlenmesi,
- Savaş alanının gözlenmesi,
- Arazi hakkında keşifte bulunma,
- Hedefin konumu, sürati gibi hedef bilgilerinin tespiti,
- Düşmana verdirilen hasar miktarının tespit edilmesi,
- Nükleer, biyolojik ve kimyasal (NBC) saldırıları ihbarının alınması ya da keşfi.
3. Sonuç
Sensör ağ kavramı mikro elektro-mekanik alanlarınindaki ilerlemelere parallel olarak geliştirilmektedir. Geleneksel ağlardan farklı olarak sensör sayısının çok fazla olabilmesi, iletişim kısıtlamaları, sensör ağların kendi kendine organize olması, uzaktan erişime olanak tanıması, mimarisinin dinamiklerinden kaynaklanan (sınırlı enerjisi, kısıtlı belleği, farklı işlemci yapısı) nedenler ile sıcaklığını sürdüren araştırma konularından biri olmuştur.
Sensör ağların insan hayatına getireceği kolaylıklar nedeniyle, hayatımızın bir parçası olan Internet gibi yakın gelecekte etkileri yaşamımızda hissedilmeye başlanacaktır. Bu açıdan akademik çalışmalar desteklenmeli, askeri ve ticari alanlarda da hazırlıklar yapılmalıdır.
Kaynaklar
1. I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam and E. Cayirci, ” Wireless Sensor Networks: A Survey Elsevier Computer Networks, (2002).
2. H. Qİ, S. S. Iyengr, K.Chakrabarty, “ Distributed sensor networks - a review of recent research” Journal of the Faranklin Institute, Elsevier Science , (2001).
3. D.Estrin, R.Govidan, J.Heidemann, S.Kumar “ Next Century Challenges: Scalable Coordination in Sensor Networks ” ACM Mobicom’ 99, 263-270, Washington USA, (1999).
4. D.Estrin, R.Govindan, and J.Heidemann, ”Embedding the Internet,” Commun. ACM, Vol. 43, 38-41, (2000).
5. C. Intanagonwiwat, R. Govindan, and D. Estrin, “Directed Diffusion: A Scalable and Robust Communication Paradigm for Sensor Networks,” Proc. Of the ACM MobiCom’00, Boston, USA, 56-57, (2000).
6. E. Shih, SH. Cho, N. Ickes, R. Min, A. Wang, A. Chandrakasan, “Physical Layer Driven Protocol and Algorithm Design for Energy- Efficient Wireless Sensor Networks” ACM SIGMOBILE Conference on Mobile Computing and Networking, Rome, Italy, (2001).
7. http://robotics.eecs.berkeley.edu/~pister/SmartDust
8. K. Sohrabi, J. Gao, V. Alilawadhi, G. J. Pottie, “Protocols for Self-Organization of a Wireless Sensor Network “ 37 th Allerton Conference on Communication, (1999).
9. Ç. Çimen, S. Sancak, “Sensör Ağları Teknolojisinin Askeri Alanda Gelişimi ve Ülkelerin Silahlı Kuvvetleri Muharebe Gücüne Oluşturabileceği Katkılar” Savunma Teknolojileri Kongresi (Poster), SAVTEK 2002, ODTÜ, Ankara, Ekim 2002.
10. S.Sancak, Ç.Çimen, “Telsiz Sensör Ağlarında Güvenlik” Savunma Teknolojileri Kongresi, SAVTEK 2002, ODTÜ, Ankara, Ekim 2002.
Yazıyla ilgili
görüş ve yorumlarınızı caghan.cimen@tbd.org.tr ve yorum@teknoTurk.org
adreslerine yollayabilirsiniz.