SANAL KABLOSUZ DUYARGA AĞ TABANLI BİR DAĞITIK-PARALEL SİBER FİZİKSEL SİSTEM TASARIMI

Abstract

Bu tez çalışması ile farklı lokasyonlara ve farklı teknolojilere sahip "Kablosuz Sensör Ağları (KSA/WSN)" içeren büyük ölçekli "Nesnelerin İnterneti (Internet of Things-IoT)" ve "Siber Fiziksel Sistem (Cyber Physical System-CPS)" sağlayıcıları için iyileştirici yönde yeni yaklaşımlar önerilmektedir. Bu amaç doğrultusunda, etkileşimli WSN kaynak paylaşım mekanizması kullanan bir IoT/CPS WSN sağlayıcı sistem mimarisi ve bu mimarinin fiziksel gerçekleştirilmesi yapılmıştır. Önerilen sistem tasarımında üç ana işlevin yerine getirilmesi amaçlanmıştır. Bunlardan birincisi, heterojen WSN 'lerin kaynaklarını, tek bir çatı altında toplamak ve bu kaynakların etkileşimli olarak paylaşılabilir olmalarını sağlamaktır. Bunu yaparken, tez çalışması kapsamında geliştirilmiş olan bir yazılım çerçevesi (framework) yardımıyla oluşturulan mantıksal komponentlerden (sanal düğüm) faydalanılmıştır. Öte yandan IoT/CPS projelerin kapsamı dikkate alındığında oluşabilecek büyük verilerin işletilebilmesine yönelik sağlanacak çözümler ise sistemin ikinci ana işlevini oluşturmaktadır. Üçüncü ana işlevi ise önerilen sistemin büyük ölçekli IoT/CPS projeleri için ölçeklenebilir ve sürdürülebilir olmasını sağlamaktır. Bu bağlamda bu tez çalışmasında; • IoT/CPS projeler kapsamındaki farklı heterojen WSN 'ler arasında komut/sorgu geçişkenliğinin sağlanarak, insan faktörü olmaksızın, WSN ağlara ait broadcast alanlarının genişletilmesi ve kaynak paylaşımının sağlanması, • İstemci tanımlı filtreleme ve analiz işlemlerinin sunucu tarafta yapılmasına olanak sağlayarak sunucu kullanıcı arası trafiğin minimize edilmesine imkân verilmesi, • İstemci ve alt WSN parametrelerine göre verimli kaynak ataması yapılabilmesi, • Sunucu tarafın zaman ve şart kısıtlarının kullanıcı uygulamaları için büyük ölçüde kaldırılması, • Oluşabilecek büyük verilerin, gereksiz/fazlalık veri kontrolü ile optimize edilmesi • Tüm sağlanan özelliklerin bir bulut teknolojisi ile ölçeklenebilir ve sürdürülebilir yapılması için alternatif yöntemler kullanan bir IoT/CPS WSN bulut sağlayıcı sistem mimarisi önerilmiştir. Önerilen sistemin doğruluğu ve uygulanabilir olduğu gerek simülasyon gerekse gerçek sistemler üzerinde çalıştırılması ile ispatlanmıştır.This thesis proposes new approaches towards "Internet of Things-IoT" and "Cyber-Physical System-CPS" providers, which include Wireless Sensor Networks (WSNs) with different location and technologies. For this purpose, an IoT/CPS provider architecture using an interactive WSN resource-sharing mechanism and its physical implementation are performed. IoT/CPS projects may use the heterogeneous WSN technologies as infrastructure components within their scope. The WSN systems under the roof of big scale IoT/CPS projects such as cloud systems, smart cities, and smart grids can provide different services by either interacting with each other or sending their data to a central IoT/CPS unit which collects and evaluates the data. When it is considered that the autonomous heterogeneous structures may change dynamically, it is clear that M2M interaction, resource sharing and data management between the different WSNs have paramount importance. WSN virtualization techniques, which are important resource-sharing and interaction mechanisms in WSNs, remain incapable in the IoT/CPS projects. In addition, the data storage and management methods used in traditional WSN systems are inefficient in IoT/CPS scale. In this context, the thesis study provides the following advantages; • Without any human intervention, an extensible broadcast area and resource sharing mechanism through providing code/command and algorithm transitivity • Minimum data traffic between server and clients by enabling client-defined filtering and algorithmic analysis on server side • An alternative resource selection/allocation algorithm, which considers both the client and the sub-WSN parameters at the same time • An optimum big data storage, management and sharing mechanism • A scalable and sustainable cloud system that involves these all features The accuracy and success of the proposed system have been shown by both simulation studies and real system implementations