Recent trend in wireless sensor network and its applications: a survey

“Recent trend in wireless sensor network and its applications: a survey” başlıklı çalışma Poonam Prasad tarafından yapılmış olup Sensor Review dergisinin 2015 yılındaki 35.2 sayısının 229-236.sayfaları arasında basılmıştır.

Kablosuz algılayıcı ağlar güvenlik, akıllı alanlar, çevre izleme, savaş izleme ve hedef izleme alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kablosuz algılayıcı ağ (WSN) kavramı 1998’de Akıllı Toz(Smart Dust) projesiyle başladı. WSN algılama, hesaplama ve kablosuz iletişim biriminden oluşan bir sensör düğümdür.

Enerji verimliliği ile ilgili ilk olarak sensörler kümelere ayrılmış ve her bir kümeye bir lider atanmıştır. Heinzelman et al. (2002)(Abbasi and Younis, 2007).

ZigBee ve Bluetooth, WSN’de kullanılan iki standart teknolojidir; her ikisi 2.4 GHz Endüstriyel Bilimsel ve Tıbbi bant içinde çalışır ve lisanssız işlemler, büyük spektrum tahsisi ve dünya çapında uyumluluk sağlar.

Cihazlar için güç gereksinimi frekans ve bant genişliği artışı ile doğru orantılıdır ve iletim mesafesi oldukça kısadır. (Callaway, 2004; Qingshan et al.,2004)

Kablosuz ağ için rastgele yönlendirme algoritması ve dokuz sezgisel iletim planlama algoritması gibi çeşitli iletişim algoritmaları geliştirildi.(Li, 2010).

WSN için ağ ve uygulama katmanı belirtimi:

Lajara ve ark.(2011) pil değiştirme sorununu özel olarak tasarlanmış bir güneş enerjisi modülünden şarj edilmiş süper kapasitörler kullanılarak ortadan kaldırmış ve böylece sistemi tamamen özerk ve bakım gerektirmeden yapmıştır.

“wEcoValve mote” firmware’i (bellenimi), düğümler arasındaki bir senkronizasyon süresi(4s) ile gerçek zamanlı çalışma için optimize edilmiş bir gecikme süresi ile çift yönlü iletişimi mümkün kılan ve 2.9 mW’lık ortalama bir güç tüketimine olanak tanıyan senkron bir protokole dayanıyor (Lajara ve ark. 2011).

WSN ikiye ayrılır: Yapılandırılmış ve yapılandırılmamış.

WSN 3 ana kısımdan oluşur. Sensing (Ölçme) ve CPU(İşleme) ve Radio(İletişim)…

Yick et al. (2008)
-karasal WSN
-yeraltı WSN
-sualtında WSN
-Çoklu ortam WSN
-mobil WSN

şeklinde bir sınıflandırma yapmışlardır.

Yu ve arkadaşları(2011) tarafından WSN’de güvenilir, enerji açısından verimli çok seviyeli bir yönlendirme algoritması önerilmiştir. Bu algoritma, kümelenme oluşumundaki her düğümün kalan/artan(rezidüel) enerjisini, komşuların sayısını ve merkeziyetini dikkate alarak, ağın dengeli enerji dağılımını sağlamayı hedeflemektedir. Simülasyon sonuçları önerilen algoritmanın ağ ömrünü etkin bir şekilde uzattığını ve enerji tüketimini azalttığını göstermiştir.

Teng ve ark.(2011) WSN’lerdeki çok hedefli izleme problemini çözmek için ortaklaşa bir varyasyonel / Monte Carlo şeması önerdi.

Açık ve dinamik ortamlarda kullanıcılarla etkileşim kuran heterojen WSN’ler için enerji açısından verimli bir hizmet keşif protokolü, Marin-Perianu ve arkadaşları(2008) tarafından önerildi.

Vidhyapriya ve Vanathi (2009) tarafından yayınlanan bir makalede belirtildiği üzere ham veri boyutunu azaltmak ve bir sensör ağında hız, enerji ve doğruluk arasında en iyi dengeyi sağlamak için en kısa yol yönlendirme tekniği için iki kayıpsız veri sıkıştırma algoritmasının tasarımı ve uygulanması entegre edilmiştir.

WSN’nin güvenliği için Batina ve ark.(2006) anahtar dağıtımı ve kimlik doğrulama gibi güvenlik hizmetleri için düşük maliyetli ortak anahtar şifreleme tabanlı bir çözüm üretmiştir. Güçlü bir şifreleme ve daha az güç elde etmek için, özel donanım yaklaşımı kullanarak uygulama için eliptik eğri şifrelemesi önerildi.

Dağıtılmış sensör ağı (DSN) sistemi, algılama sistemi için daima zor olan büyük miktarda veri üretir. Li ve Jin’in (2010) bir makalesinde, fiziksel sistemdeki anormalliklerin zamanında tespit edilmesini amaçlayan DSN’de optimal sensör tahsisi için yeni bir yöntem önerilmiştir. Bununla birlikte, WSN’nin güvenli iletişim kurması için dağıtılmış bir güven yönetim sistemi önerilmiştir (Geetha ve Chandrasekaran, 2014).

Hwang ve arkadaşları(2009) matematiksel şebeke hizmetinin maksimizasyonunu, şebeke ömrünü maksimize etmeyi ve şebeke hizmet programı ve şebeke ömrü arasındaki dengeyi içeren bir şema önermiştir. Veri akış oranlarına bağlı olarak, bu çerçeve ağın genel verimini en üst düzeye çıkaracaktır.

Kling ve ark. (2005) daha iyi pil ömrü, radyo performansları ve ağ algoritmaları ile ilgili olarak yeni bir yöntem geliştirdi ve tartıştı.

Venkatesan ve ark. (2013) WSN güvenilirliğini hataya dayanıklı yöntem kullanarak analiz etmiştir.

Ghadimi ve ark.(2012) Kablosuz ağ rölesindeki darbe gürültüsü etkisini simüle etmiş ve incelemiştir.

Onsy ve ark.(2014) çarpışma ve parazit etkisi altındaki WSN performansını incelemiştir.

Azim ve ark.(2014) doğal olgu ve olaya dayalı raporlamanın sürekli izlenmesi için daha iyi bir teknik önermiştir.

Politi ve ark. (2007), WSN uygulamaları için bir donanım platformu tasarımı ve uygulanmasını gerçekleştirdi. Donanım platformu, farklı ev veya ofis aletlerinin güç tüketimini ölçen ve kaydeden donanım aygıtlarına dayanan bir güç ölçüm uygulamasının geliştirilmesi de dahil olmak üzere, WSN düğümlerine uygulanan boyut, maliyet ve enerji tüketiminin sınırlamalarını gidermek üzere tasarlandı ve toplanan bilgileri, donanım platformunun çeşitli yeteneklerini ve işlevlerini test etmek ve araştırmak için de kullanılabilen bir baz istasyonuna kablosuz olarak iletiyor.

Ağ altyapısının istikrarı, sensör ağı yönlendirme protokolleri ile sağlanmıştır.

Koloidis ve Sventek (2007), TinyOS uygulamasıyla proaktif ve reaktif yönlendirme şemalarının davranışlarını incelemiş ve sonuçlarına göre, reaktif protokollerin proaktif protokol üzerinde tercih edildiği ve bunun tamirat ve havai alanda o noktada tercih edildiği görülmüştür.

Barbaran ve ark. (2009), Gömülü Eşler Arası Eş Ortama Güvenli Ortam Donanımının (SMEPP) ismi verilen bir programlama standardı önerdiler. SMEPP uygulamalarının geliştirilmesi, Java veya nesC gibi farklı dillerde kullanılabilen tarafsız bir dil API’sı ile gerçekleştirilmiş. WSN’li nükleer enerji santralleri için bir çevresel izleme uygulamasında katman aracının gerçek kullanımı, ara yazılımın bu tür uygulamaları geliştirmek için uygunluğunu gösterdi.

Ding ve ark. (2011) WSN’de önemli bir unsur olan hedef kapsama alanını belirlemek için çok amaçlı bir bağışık evrimsel algoritma önermiştir.

LEACH ve TREEPSI yöntemlerini iyileştirmek için ağaç tarzı kümelenmiş bir veri toplama protokolü önerildi. Bu protokol, LEACH ve TREEPSI yöntemlerinin avantajlarını korumakla beraber güç tüketimini azaltmaya yardımcı olmuştur. (Yen ve ark., 2009).

Akkaya ve ark.(2010) önerdiği kablosuz algılayıcı ve aktör ağı uygulaması için otomatik işlem, insan müdahalesini ortadan kaldırır. Bir aktörün konumlandırılması, temsilci olarak küme başı aracılığıyla sensör tarafından belirlenebilir.

WSN uygulamalarının çoğunun yazıldığı sanal makine olan Mate, bir WSN uygulamasının oluşturulmasıyla ilgili programlama görevinin kolaylaştırılmasına yardımcı oluyor.

Manickam (2005)’ın çalışmasında Mate bir geliştirme aracı olarak kullanıldı ve Mate, donanım ve yazılım açısından değerlendirildi.

WSN’ler ve teknolojileri, standartları ve uygulamaları Garcia-Hernandez ve ark. (2007) tarafından incelenmiştir. Yazarlar, hata toleransı, ölçeklenebilirlik, maliyet, donanım, topoloji değişimi, çevre ve güç tüketimi gibi kısıtlamaların yerine getirilmesi gereken algılayıcı ağlarının gerçekleştirilmesi üzerinde durmuşlardır.

Sensör web altyapısı, sensörleri ve verilerini farklı uygulamalar arasında paylaşmak, bulmak ve bunlara erişmek için kullanılabilir. Bir algılayıcı web için temel bileşen, web hizmeti arayüzleri ve veri kodlamasıdır. Broring ve ark. (2011), yeni nesil sensör web etkinleştirme spesifikasyonu çerçevesinin son gelişmelerini analiz etmiştir.

Sorgu tabanlı sistem kullanarak sensör düğümlerinden bilgi alımı çok arzu edilir. Makalenin yazarları, veri sorgularının çözümlenmesi için, sensör düğümlerinin niteliklerine ve konumlarına göre talep üzerine bilgi alma yaklaşımı önerdi. Onların önerileri, önerilen şemanın güç tüketimini azalttığını ve sensör düğümler arasındaki enerji tüketim dengesini geliştirdiğini ortaya koydu (Teng ve Zhang, 2010).

Çok katmanlı WSN kurulumu, ağ performansının iyice değerlendirilmesi gereken mevcut zamana ihtiyaç duymaktadır (Yang ve ark., 2013); Ayrıca, OpenFlow isimli bir teknoloji, standart bir arabirim üzerinden şebeke anahtarı programlamasını kullanarak (Yang ve ark., 2014) verilerin esnek kontrolünü sağlamak için kullanılmaktadır.

Not: Makalenin WSN Applications kısmı incelenmemiştir.

Çalışmayı indirmek için tıklayınız:

recent_trend_in_wireless_sensor_network_and_its_applications_a_survey