Search

ÖZET Gerçek zamanlı dağıtılmış sistemlerde, birbirlerinden uzaktaki bilgisayarlarda yer alan süreçler ortak işleri yerine getirmek için birlikte çalışırlar. Bu tür sistemlerde süreçlerin zaman kısıtlamalarının sağlanması ve sistemin sağlıklı olarak çalışabilmesi için, süreçler arası iletilen verilerin belli zaman sınırları içinde hedeflerine ulaşması zorunludur. Bu nedenle gerçek zamanlı dağıtılmış sistemler, bu tür çalışmaları destekleyen bir iletişim alt yapısına gerek duyarlar. Î.T.Ü. Bilgisayar Bilimleri Anabilim Dalı'nda yürütülen TÜBİTAK EEEAG-BAĞ3 projesi çerçevesinde gerçek zamanlı sistemlere iletişim hizmeti vermek üzere bir iletişim birimi tasarlanmıştır. Tez çalışmasının konusunu ise bu iletişim biriminde yer alan ağ hizmet katmanları ve onları denetleyen yönetim biriminin tasarımı ve gerçeklenmesi oluşturmaktadır. Yedi katmanlı OSI modelinin ilk üç katmanına karşı düşen ağ hizmet katmanları yönetim birimi ile birlikte, iletişim ağının özelliklerini ve sistemdeki kaynakları en iyi şekilde kullanarak gerçek zamanlı verilerin hedeflerine istenen sürelerde iletilmesinden sorumludurlar. Yönetim birimi, ayrıca sistemdeki yükün değişimine göre iletişim ağının parametrelerini güncelleyerek veri aktarımının hedeflenen şekilde yürümesini sağlamaktadır. İletişim ağı, birbirlerine bağlı hiyerarşik FDDI halkaları ile oluşturulmuştur. FDDI protokolünün değişik özellikteki sistemlerde başarılı olması için parametrelerinin uygun şekilde seçilmesi ve gerektiğinde sistemin çalışması sırasında güncellenmesi gerekir. Tez çalışmasında, durakların senkron iletim sürelerinin, gerçek zamanlı iletişimi destekleyecek şekilde seçilmesini ve gerektiğinde iletişim ve işlem yükünü fazla arttırmadan güncellenme- sini sağlayan yeni bir senkron süre atama yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntem, büyük ölçüde yerel verilere dayanmakta ve daha önce yayınlanmış olan yerel yöntemlere göre daha iyi sonuçlar üretmektedir. Bu çalışmada geliştirilen diğer bir yeni yöntem de, hiyerarşik FDDI halkalarından oluşan bir ağ içinde, ulaşım katmanları arasındaki uçtan uca bağlantıların istenen iletişim kalitesine uygun olarak kurulmasını ve sürdürülmesini sağlayan mantıksal bağlantı denetimi yöntemidir. Yönetim birimi, ulaşım katmanından gelen bağlantı isteklerini bu yönteme göre değerlendirerek gerekli olan sistem kaynaklarını (bellek ve senkron bant genişliği) ayırır ve sistem parametrelerini yeni duruma göre günceller. Bağlantılar kurulurken ve sonlandırılırken iletilen denetim verilerinin miktarı, gerçek zamanlı iletişimi aksatmayacak düzeyde tutulmuştur. İletişim biriminin önemli elemanlarından biri de katmanlar arasındaki bağlantıyı sağlayan ilkel kuyruklarıdır. Tez çalışmasında, bir durakta birden fazla ulaşım katmanı bağlantısı kurulması durumunda, değişik özellikteki verilere uygun iletişim hizmeti sunmak için ulaşım katmanı ile ağ hizmet katmanları araşma, her bağlantı için ayrı bir ilkel kuyruğu yerleştirilmiştir. İletişim birimindeki kuyrukların önceliklerinin ve bir kuyruktan peş peşe okunan ilkel sayısının belirlenmesi, yönetim biriminin önemli işlevleri arasındadır. Tez çalışmasında, FDDI arabirim kartlarına sahip dört adet kişisel bilgisayar ile bir sistem oluşturulmuş ve ağ hizmet katmanları ile yönetim birimine ilişkin yazılımlar bu sistem üze rinde gerçekleştirilmiştir. Programlar nesneye dayalı yöntemle C++ dili kullanılarak yazılmış ve verilerin en hızlı biçimde işlenmesi amaçlanmıştır. Kurulan fiziksel sistemin ye terli olmadığı durumlarda, geliştirilen yöntemleri değişik sistemler üzerinde sınayabilmek için benzetim programlan hazırlanmıştır. Bu programlarla elde edilen sonuçlar, tez çalışmasında geliştirilen yöntemlerin gerçek zamanlı iletişim hedeflerine ulaştığını göstermiştir. xiii SUMMARY There is an increasing use of computers in real-time applications, such as space ve hicle systems, image processing and transmission and industrial process control. These systems usually have a distributed implementation, because distributed sys tems share resources well and are reliable and extensible. In these systems, compu tational tasks reside on different nodes in the system and cooperate to achieve a common goal. Messages sent between these tasks have deadlines by which they must be transmitted. If a message fails to meet its transmission deadline it is considered to be lost and this message loss can lead to a catastrophe in a mission critical system. The key to meet the timing requirements in real-time systems is to have an underly ing network that ensures timely delivery of inter-task messages. In TÜBÎTAK EEEAG-BAG3 project, we have implemented a Communication Unit (CU) which provides reliable and real time communication services for the `client` processes. The aim of this thesis is to design and implement the Network Service Layers (NSL) and the Management Unit (MU) of the CU. These entities are re sponsible for sending data over an FDDI network in predefined time constraints. In this thesis, we propose a new synchronous bandwidth allocation scheme for FDDI networks and a new logical connection management protocol. The main task of the logical connection management entity is to allocate the system resources for transport layer connections and to tune the operational parameters of the FDDI ring. We built an experimental FDDI network by using four PCs with FDDI adapter cards. We implemented and tested programs related to NSL and MU in this communication system. Since this physical configuration is insufficient to test all capabilities of our new synchronous bandwidth allocation scheme and logical connection management protocol, we also wrote simulation programs to test them in different network con figurations. The interconnection network is made of FDDI rings as shown in Figure 1. Timed to ken access and synchronous data transfer capabilities are the main reasons of the FDDI protocol to be used in this work. An FDDI station in this network consists of a communication unit, which gives real-time communication service to a processor. The processors, which heavily communicate to each other take place in the same ring in the network. Some rings are grouped to form a cluster. They are connected via a router. The Communication Unit consists of the following parts:. The Session Layer (SL): It provides real time communication services for user processes implementing bi-directional links. xivThe Transport Layer (TL): It offers to the Session Layer a real-time, error-free, and connection oriented transport service. The Network Service Layer (NSL): It provides connectionless communication and routing services for the TL and MU in a multi-FDDI ring system. The Management Unit (MU): It is responsible for managing the CU and tuning some FDDI parameters by working with the MUs of other CUs in the ring. R: Router S: Station Figure 1. Overview of the Interconnection Network The NSL matches to the three bottom layers of the OSI network model. With this structure NSL provides the transfer of time-critical data between the processors in the network. The basis of the NSL is the FDDI protocol. The structure of the NSL is shown in Figure 2 and its sublayers are explained below:. The Physical Layer (PL): This layer is functionally equivalent to the Physical Layer and Physical Medium Dependent (PMD) of the FDDI standard. These two layers of the FDDI standard have not been modified in this work.. The Medium Access Control Layer (MAC): MAC schedules and performs all data transfers on the ring based on the timed token protocol of FDDI standard. This layer has been implemented by using an FDDI adapter card with National Semi conductor's FDDI Media Access Controller and System Interface DP 83266 chip (MACSI) and 256KB SRAM memory on it.. The Routing and Frame Control Layer (R&FCL): The main function of the R&FCL is to build the FDDI frame from the Service Data Units (SDU) of the Transport Layer (TL), and write them to the related outgoing frame queue of MAC. The R&FCL locates the target processor using the destination NSAP (NSL Service Access Point) address, and determines the destination MAC address of the FDDI frame. Than the frame type is determined to be synchronous or asynchro nous depending on the priority and the time-critical nature of data. The frame that is built is placed to one of the two outgoing frame queues of MAC. Frames, which xvcome from MAC are placed to one of the appropriate primitive queues of the Transport Layer depending on their synchronous or asynchronous types. Queue Man. Timers Clock Synchronization Logical Conn. Management MU Frame Services Ring Management Physical Conn. Management ?>: Q3 -> Q2 -` AT n £ İ İ İ Q4 bd Q5H Q6H Q7tdQ8 ö ^ ^ T.1. T ->:..I 'vU Ql Q9 -; Q10 f ^S. :jM isr MAC 1N_ ISR.^w^ v.... J.._....' v :..'..... Frame I Queues Hardware PL Network Service Layers - NSL Qi: Primitive Queues A T: Address Table: ISR : Interrupt Service Routine F: Function Figure 2. Network Service Layer (NSL) The Management Unit (MU) consists of the following entities:. The Physical Connection Management Entity (CME) directs the PL and MAC for establishing connection with the peer layers of the neighbor CUs.. The Ring Management Entity (RME) is responsible for initiating recovery func tions on detecting faults like duplicate addresses.. The Fame Service Entity (FSE) enables the MU to communicate with other MUs in the ring.. The Logical Connection Management Entity (LCME) allocates system resources for TL connections and tunes the operational parameters of the FDDI ring.. The Timer Entity (TE) provides timer functions to other layers. These functions are used to measure time and to invoke some periodic processes.. The Queue Management Entity (QME) coordinates the activities in CU by allo cating the communication processor to different layers and entity processes ac cording to the length of primitive queues between them.. The Clock Synchronization Entity The router has been implemented with a Pentium based PC and more than one FDDI card on it. Each card provides a connection to a different ring. The main function of the router is to direct and send the data packets between different FDDI rings. The structure of a router is shown in Figure 3. The router has a PL and MAC for each ring xviit is connected to. These units perform the same functions as in other CUs. However, the router has only one R&FCL, which performs the routing of data packets. Routing and Frame Control Layer R&FCL routers table local table MAC MAC MAC MAC PL PL PL PL to ring 0 to ring 1 to ring n to ring of routers Management Unit MU Figure 3. The Structure of the Router FDDI uses the timed token MAC (Medium Access Control) protocol that provides a guaranteed amount of channel bandwidth to support timely delivery of inter-task messages. With this protocol, messages are distinguished into two types: synchro nous messages and asynchronous messages. Synchronous messages, such as sam pled/digitized voice and video data, are periodic messages which arrive at regular intervals and have delivery time constraints. Asynchronous messages are nonperiodic and may arrive in a random way and have no time constraints. At network initializa tion time, all nodes negotiate a common value for the target token rotation time (TTRT) since each node has different synchronous transmission requirements to be satisfied. The negotiated value for TTRT should be chosen small enough to satisfy the most stringent response-time requirements of all nodes. Each node is assigned a frac tion of the TTRT, known as its synchronous bandwidth (Hi), which is the maximum time the node is allowed to transmit its synchronous messages every time it receives the token. After synchronous message transmission, asynchronous messages can be initiated (if any), but only if the token has arrived at the node earlier than expected. That is, synchronous traffic is assigned a guaranteed bandwidth while the leftover bandwidth (unallocated, unused or both) is dynamically shared among all the nodes for asynchronous traffic. The FDDI network guarantees, to each node, an average bandwidth and a bounded access delay for synchronous traffic. However, this guarantee alone, although neces sary, is insufficient for the timely delivery of deadline-constraint messages. For guar anteeing the synchronous message deadlines with the timed token protocol, the pro tocol parameters (TTRT and the synchronous bandwidths) have to be properly se lected. In dynamic environments where synchronous data connections are often established or terminated, the data load on the network changes during the operation. In these systems synchronous bandwidths of the nodes, their data load changes must be recal culated. In this thesis we propose a new synchronous bandwidth allocation scheme for guaranteeing synchronous messages with arbitrary deadlines. In allocating syn chronous bandwidth to a node, this scheme uses information locally available to the xvunode and the sum of the synchronous bandwidths allocated to other nodes. The lim ited use of global data makes the new scheme flexible and suitable for use in dy namic environments, since the recalculation of the synchronous bandwidth of a node does not effect other nodes until total synchronous bandwidth of the ring exceeds a predefined threshold. In the following paragraphs of the thesis we analyze the new synchronous bandwidth allocation scheme and show that it performs better than pre viously published local SBA schemes. To develop a new synchronous bandwidth allocation scheme the timing properties of the FDDI protocol are investigated: The network is assumed to consist of n nodes arranged to form a ring and be free from any hardware and software failures. Mes sage transmission is controlled by the timed token protocol. Token walk time T in cludes the ring latency, the token transmission time and other protocol/network de pendent overheads and thus represents the portion of TTRT that is not available for message transmission. There are n streams of synchronous messages Sı, S2, S3,..., Sn, with stream St originat ing at node /. Each synchronous message stream St can be characterized as Si=(Q, Pt, Dj), where 1. Q is the maximum amount of time required to transmit a message in the stream. 2. P{ is the interarrival period between messages in the stream. Let the first message in stream St arrive at node i at time fa. The/th message in stream St will arrive at node * at time t{j = tiX +(j~l)Pi} where j > 1. 3. D t is the relative deadline of messages in the stream, that is, the maximum amount of time that can elapse between a message arrival and completion of its transmis sion. Thus the transmission of the /th message in stream St which arrives at fa, must be completed by fa+Df. 4. Each synchronous message stream places a certain load on the system. We need a measure for this load. We define the effective utilization, Ut of stream Si as fol lows: ' mın( JJ.D,) 5. Asynchronous messages may arrive in a random way and have no time con straints. To ensure stable operation of the timed-token protocol, the total bandwidth allocated to synchronous messages must be less than the available network bandwidth. This protocol constraint is; f.H^TTRT-T (1) Zhang and Burns give an upper bound on the time elapsed between any v consecu tive token arrivals, derived a tighter upper bound and generalized Johnson and Sevcik's Theorem as follows: Ti(v) = vTTRT+ J,Hh+T- - For a given allocation H=[H/, H%,... Jf`], the minimum amount of time Xt available for node / to transmit its synchronous data in time interval [t, t+D,) is given by xvm TTRT-lJHh-T (2)Xi(H) = (qi-l)Hi + max(0,rmn(Di-Ti(qi),Hi)), where ^ =.TTRT. (3) Although, local SBA schemes use only local information available to the involved node, in implementation, every node shall know the total allocated synchronous bandwidth Z`=1 H. to be able to test the deadline constraint. By using the broadcast capability of the FDDI structure, each node can send its //,. value with only one frame to other nodes in the ring, and this increases the data traffic in the ring only by a neg ligible amount. The new SBA scheme uses only the total sum of allocated synchro nous bandwidths as global data in addition to local information. It performs better than local schemes and it is more flexible than global schemes, that makes it suitable to dynamic environments. In the new scheme, allocated synchronous bandwidth of the node i will be calculated with the following steps: 1. By using only local information the initial value 77/ such as V/,77/>77j will be calculated. 2. Each node broadcasts its initial value 77/ to the other nodes in the ring. 3. Each node calculates its actual synchronous bandwidth 77, by using 77/ initial val ues according to the new SBA scheme. 4. Each node broadcasts its actual 77} value to the other nodes. In order to calculate HI initial values, we generalized the local scheme developed by Zhang et al. as follows: 77/= W n- -{^4q-(o WKre#,= n L77KT. qt. 777*7; Dt >PiAqiTIKT>Pi,and £f=jij, Z^>/?A^,772?rHi, 3) 0 < Dt - Tt (q{ )plA2?:ft-i)+jy/>iî D^PiAJ^qt-D + H^P, DiPiAlXqi) + H;>Pi D^PiATfrqJ + HlZPi Dt transition(queue_number); global variables Base Object local variables transition function Object of State 1 local variables transition function, Object of State 2 local variables transition function Object of State k Figure 4. Derivation of State Objects The queue manager determines which layer to invoke, depending on which primitive queues in the system have data. It polls the primitive queues in a priority order. If it detects that there is a primitive in a queue, it invokes that layer, which takes primitive from this queue. The queue manager handles the data in higher priority queues first. When the higher priority queue is empty or a specified amount of primitive has al ready been taken from this queue, then the queue with the lower priority is served. The queues which belong to MU have higher priority than other queues. For each transport layer connection, we create a new primitive queue between the transport layer and the network service layers. Multiple streams on a node are thought of as multiple FDDI stations, each heaving its own FDDI interface. However, physically they share the single communication path and the single synchronous queue on the FDDI interface. The queue polling algorithm is similar to token based access proto col of FDDI standard. It has a circular service property with the period equal to TTRT. Each connection has an allocated synchronous bandwidth value Hy. The poll ing algorithm enables the NSL to read synchronous data with the length of Hy in each TTTJrtime unit from the queue of thej'th connection. The main contributions of this thesis are presented below:. A new synchronous bandwidth allocation scheme was proposed. The new scheme performs better than previously published local schemes and it is also suitable for dynamic environments.. A new logical connection management protocol for end-to-end connections was developed. The management unit allocates system resources to connections and tunes system parameters by using this protocol. The network service layers and the management unit of an FDDI station are designed and implemented. These entities are responsible for transferring real time data on a hierarchical multiring network. An experimental FDDI network was built, and the software was developed on this system. We also wrote simulation programs, to test and compare our new schemes with previously published schemes. The results of these tests show that, our new schemes perform successfully and efficient, in view of deadline guarantees of real-time data in an FDDI network. xxn 204

ÖZET Bilgi çağını yaşayan günümüz dünyasında veri iletişiminin önemi her geçen gün artmaktadır. Verileri bir yerden başka bir yere aktarmank için etkin ve ucuz bir iletim ortamı arndıgında da akla ilk olarak dünyanın her tarafını saran telefon şebekesi gelmektedir. Yaklaşık 100 yıldan bu yana kullanılması nedeniyle ülkelerin en ücra köşelerine kadar uzanan telefon hatlarından veri iletişiminde yararlanılmasının maliyeti düşüreceği düşü nülmüştür. Bununla birlikte telefon hatları sayısal verileri aktarmak için uygun olmadığından bilgisayarlar ve sayısal bilgileri kullanan diğer elemanlar telefon hattına bir modem cihazı ile bağlanmaktadır. Ancak fiziksel iletim ortamında oluşan arıza ve gürültü nedeniyle bazı bilgilerin hatalı ya da eksik iletilmesi sorunu ortaya çıkmaktadır. Yapılan tez çalışmasında, modemler aracılığı ile telefon şebekesi üzerinde birbirine bağlanan iki bilgisayarın hatasız ve etkin bir şekilde haberleşmesini sağlayan bir yazılım gerçekleştirilmiştir. Bu yazılım bir yönetim/denetim birimi, üç adet de katman modülünden o- luşmaktadır. Tez çalışmasının büyük kısmını veribagı katmanının yazılımı oluşturmktadır. iki düğüm arasında hatalardan arındırılmış bir iletim oluşturmakla görevli bu katman CCITT'nin LAPB protokolünden yararlanılarak tasarlanmıştır. iletişim sırasında oluşan hataları düzeltmek için izlenen yol şöyle açıklanabilir: Veriler önce paketlere ayrılır ve her pakete bir numara verilerek karşı tarafa gönderilir. Hatalı iletilen yada alıcısına hiç ulaşamayan paketler tekrar gönderilir. Ayrıca oluşan hataların sıklığına göre paket boyları değiştirilerek etkin bir iletişim sağlanmaktadır. Söz konusu yazılım `full-duplex` (iki taraf da aynı anda veri gönde- rebilmektedir) iletişime destek verebilecek şekilde ta sarlanmıştır. Tez çalışmasında oluşturulan yazılım nesneye dayalı (object oriented) özelliğine sahip Turbo C++ dili kullanılarak yazılmıştır. Bu dilin seçilme nedeni donanı mın etkin bir şekilde kullanılmasına destek vermesi ve verimli programlar yazılmasını sağlamasıdır. SUMMARY DESIGN OF AN OBJECT ORIENTED SOFTWARE FOR EFFICIENT MODEM COMMUNICATIONS A number of importnant developments in the field of computer technology have increased the use of comput ers. So, many organizations have a substantial number of computers in operation, often located far apart. To achieve a more powerful system it has been decided to connect these separate computers. When two computers owned by the same company or organization and located close to each other need to com municate, it is often easiest just to run a cable between them. However, when the distances are large, or there are many computers, or the cables would have to pass trough a public road or other public right of way, the costs of running private cables are usually prohibitive. The cheapest solve of this problem is the using of the existing public switched telephone network (PSTN). The switched public telephone network were designed many years ago, with completely different goal in mind: transmitting the human voice in a more or less recognizable form. The PSTN have bandwidth of from 400 to 3400 Hz or simply 3000 Hz. This means that a tele phone line will not pass very low frequency signals which may arise, for example, if the data stream to be trans mitted is made up of a continuous string of binary Is or 0s. When data are transmitted using the transmission lines from an existing PSTN, it is first necessary to convert the electrical signals output by the source com puter into a form that is acceptable to the PSTN. The circuit that performs this operation is known as a modu lator and the circuit, performing the reverse function a demodulator. Since each side of a data link must normal ly both send and receive data, the combined device is known as a modem. viIn any form of digital system, the loss or corruption of a single bit of information can be criti cal. It is thus essential when designing a communication facility for a distributed system to ensure that adequate precautions are taken to detect and, if necessary, cor rect for any possible loss or corruption of information during transmission. The main aim of this study is to design a software which includes a set of rules and control procedures to ensure the reliable (free of errors and duplicates) exchange of messages between two computers connected over telephone lines. Several techniques are used to provide error con trol in communication systems. Some of them are de scribed in section 2. In the earlier days of computer communication, it has meant that only closed communities of computers (that is, from the same manufacturer) could communicate with each other in a meaningful way. So universal intercon- nectability was not possible. In attempt to alleviate this problem» the ISO (International Standards Organiza tion) formulated a reference model to provide a common basis for the coordination of standards developments. The ultimate aim was to allow an application process in any computer that supported the applicable standards to freely communicate with an application process in any other computer supporting the same standard, irrespective of its origin of manufacture. This model was termed the ISO reference model for Open Systems Interconnection (OSI). A communication subsystem is a complex piece of software. This software can not be designed with a sin gle program, because the resulting communication subsys tem will be difficult to test and modify. To overcome this problem, the ISO have adopted a layered approach for the reference model. The complete communication subsystem is broken down into seven layers. Each layer performs a well-defined function in the con text of the overall communication strategy. It operates according to a defined protocol by exchanging messages, both user data and additional control information, with corresponding layer in a remote system. Each layer has a well-defined interface between itself and layer immedi ately above and below it. VI iAn important part of this study consists of the 2nd layer, the data link layer. The task of this layer is dividing data into frames and providing reliable, ef ficient communication between two physically connected equipment. The most common used error control strategy is automatic repeat request. In this scheme a small control message is returned to acknowledge correct receipt (or otherwise) of each transmitted frame. There are two de rivatives of this scheme. Idle repeat request (send-and-wait or stop-and- wait) is the simplest automatic repeat request scheme. It requires a minimum of buffer storage for its implemen tation, but it is also the least efficient in its use of transmission capacity. In this thesis is continuous repeat request scheme used. With this scheme the link utilization is much im proved at the expense of increased buffer storage re quirements. The operation of this protocol: - The sender sends I-Frames (Information) without waiting for an ACK-frame (Acknowledge) to be returned. - The sender retains a copy of each I-frame transmitted in a retransmission list. - The receiver returns an ACK- frame for each correctly received I-frame. - Each I-frame contains a unique identifier which is re turned in the corresponding ACK-frame. - On receipt of an ACK-frame the corresponding I-frame is removed from the retransmission list by the sender. When an error does occur, two alternative proce dures may be followed; Selective retransmission: The sender detects the out-of- sequence ACK-frame and retransmits just the unacknow ledged frame (s). Go-back-N: The receiver detects the receipt of an out-of- sequence I-frame and requests the sender to retransmit all outstanding unacknowledged I-frames from the last correctly received, and therefore acknowledged, frame. In this study go-back-n strategy is used, because I- frames have to come in correct sequence. HDLC (High-level Data Link Control) is a protocol that has been defined by ISO for use in the data link layer. CCITT (Comite Consultatif Internationale de Tele- graphique et Telephonique) then adopted and modified HDLC for its LAP (Link Access Protocol) as part of the x.25 viiinetwork interface standard, but later modified it again to LAPB, to make it more compatible with later version of HDLC. In this study LAPB is adopted for modem communica tions. To specify this communication software the extend ed finite state machine model is used. With this tech nique, each protocol machine (sender or receiver) is al ways in a specific state at every instance of time. Transitions between states take place as a result of an event occurring; for example a frame becoming ready to send, a frame received or a timer expiring. By an ex tended finite state machine a large number of states can be grouped together for purposes of analysis. All other states can be thought as transient, just steps on the way to one of the main states. The specification and description of the telecom munication system is achieved by using of SDL (Specifica tion and Description Language). The basis for SDL is the concept of communicating finite state machines called process. An SDL system is set of blocks. Blocks are connected to each other and to the environment by channels. Within each block there are one or more pro cesses. These processes communicate with one another by signals and are assumed to execute concurrently if the hardware is suitable. A process will wait in a state until it receives a valid signal from its environment. Then it will perform a transition to another state. Dur ing the transition it may perform actions; these may ei ther be manipulation of information local to the process or sending signals to other processes or the external environment of the system. The software structure of the communication system consists of a management unit, three layers and primitive queues between these units. The details of this struc ture is described in 4th chapter of the study. The management unit is the main process of the communication software. Services provided by this unit are; user interface, control of primitive queues, memory management, activation of layer processes, timer functions, and calculating error statistics to increment or decrement frame size. The logical exchange of information and control between the adjacent units of the communication system is represent by primitives in an abstract way. These primi tives are of the two general types. The request ixprimitive type is used when a higher layer is requesting a service from the next lower layer. The indication pri mitive type is used by a layer providing a service to notify the next higher layer of any specific activity which is service layer. This primitive may be the result of an activity of the lower layer related to the primi tive type at the peer entity. The 3rd layer has the duty to divide files into frames. The size of these frames depends on error rate of the transmission. When the error rate increases, the management unit sends `decrement` primitive to the 3rd layer; and by a low error rate frame sizes are increment ed. The task of the 2nd layer (data link layer) achieving reliable and efficient communication between two physically connected units. In this study the frame structure of the HDLC is used to providing services of the 2nd layer. The protocol of this layer is designed with continuous repeat scheme and `go back n algorithm`. The 1st layer (physical layer) realizes modem con trol functions. Serial communication processes, which are sending and receiving data via serial communication adapter, are included in this layer. Object-oriented programming method is used for designing and implementing the communication software system. Major goals are to increase software extensibil ity and reusability and to control the complexity and cost of software maintenance. When object_oriented pro gramming is used, the design phase of software develop ment is linked more closely to the implementation phase. In this study each layer consists of a base class, which includes global data and of its derived classes. Each derived class represents one of the states of the finite state machine. When a process of an layer is ac tivated by the management unit, the transition procedure of the instantaneous state is called. The importnant features of object-oriented programming, encapsulation, inheritance, and polymorphism to design an efficient com munication software. The object-oriented approach is described in the 5th and 6th chapters of this study. 83

Bugünün gelişmiş yazılım sistemlerinin boyutundaki ve karmaşıklığındaki artış nedeniyle, gerekli tedbirler alınmadığı zamanlarda projelerde yapısal kusuru bulunan sınıfların sayısı da artmaktadır. Yapısal kusuru olan sınıflar, iç uyumları düşük, karmaşıklıkları yüksek, diğer sınıflara bağımlılıkları fazla olan sınıflardır. Kötü tasarlanmış sınıfları değiştirmek, test etmek ve düzeltmek zaman aldığından, bakım maliyetleri de yüksek olur. Bu çalışmada, testlerdeki hataların çoğunu üreten, yapısal kusurları bulunan sınıfları saptamak için bir makine öğrenmesi tabanlı yöntem oluşturma yaklaşımı amaçlandı. Bu amaç ile yazılım geliştiricilere ve test uzmanlarına hata eğilimli sınıfları öngörme, hataların kaynaklarını hakkında bilgi vererek tasarım kusurlarını ortadan kaldırma ve bakım maliyetlerini azaltma konularında yardımcı olmak hedeflendi. Öğrenme tabanlı yöntemlerde, modeli eğitmek için kullanılan veri kümesi, tahmin modelinin doğruluğunu kuvvetle etkiler. Bu nedenle, mevcut yazılım projelerinden toplanan verileri ve farklı metrikleri kullanarak doğru veri setini oluşturmak hedeflendi.Veri kümelerini oluşturmak için yazılımlar belli sayıda sürümler (version) boyunca gözlemlenerek üç farklı gruptan metrik değeri toplanır. Birinci grupta evrimsel (tarihsel) metrikler yer alır. Örneğin refaktör sayısı, revizyon sayısı ve hata düzeltme sayısı gibi metrikler tarihsel metriklerdir. İkinci grupta yazılımın yapısı hakkında bilgi veren kod metrikleri bulunur. Örneğin kod satır sayısı, bağlama (coupling) ve birleşme (cohesion) gibi metrikler kod metrikleridir. Üçüncü grup metrikler ise yazılım geliştiricilerinin etkileşimleri hakkında bilgi içeren mikro etkileşim metrikleridir. Örneğin, bir sınıf üzerinde değişiklik yapan geliştirici sayısı, bir geliştiricinin aynı anda sahip olduğu görev (task) sayısı gibi metriklerdir.İkinci adım, etiketleme adımı modelin performansını etkileyen çok önemli bir adımdır. Bu çalışmada, sınıf üzerinde gerçekleştirilen hata düzeltme sayısının sınıfın geçirdiği reviyon sayısına oranına bakılarak etiketleme yapıldı. Bu oran önceden belirlenmiş olan eşik değerinden yüksek olursa sınıf `Buggy` olarak, küçük olursa `Clean` olarak işaretlenir. Bu yöntemin dayandığı düşünce; yapısal kusurları olan sınıfların herhangi bir değişime (revizyon) uğradıktan sonra hata çıkarma olasılıklıklarının sağlıklı sınıflara göre daha yüksek olduğudur. Bu nedenle etiketleme yapılırken mutlak hata sayısı değil, hata sayısını revizyon sayısına oranı dikkate alınmaktadır. Sık hata çıkaran sınıflar `kusurlu` olarak işlaretlenirken, az hata üreten veya hiç hata üretmeyen sınıflar ise `sağlıklı` olarak işaretlenmektedir.Üçüncüsü, ilgisiz metrikleri kaldırarak en uygun metrik alt kümesini elde etmek için CFS (Korelasyon Temelli Özellik Seçimi) ve PCA (Temel Bileşen Analizi) yöntemleri kullanıldı. Bu özellik seçimi işlemi, modelin anlaşılabilirliğini ve hata algılama performansını artırır. CFS, öznitelikler ile sınıfın etiketinin öngörülebilirliği arasındaki korelasyonu dikkate alarak metrik seçimi yapar. CFS ile seçilen metrikler sınıfların etiketiyle yüksek korelasyona sahipken, metrikler arası korelasyon düşük olur. CFS adımında belirlenen bazı metrikler, PCA yöntemiyle kolayca toplanıp yorumlanabilecek daha anlamlı metriklerle değiştirildi. Metrik sadeleştirmesi yapılırken elde edilmesi kolay ve çıkarım yapılabilecek anlamlı metriklerin seçilmesine dikkat edilmelidir. PCA kullanarak, aynı temel bileşende bulunan metrikler arasından toplanması ve yorumlanması daha kolay olan metrik seçildi. Bunu yaparken proje liderlerine, test uzmanlarına ve yazılım geliştiricilerine sağlıklı bilgi vermek amaçlandı.Dördüncü olarak veri kümeleri dengesizliğini gidermek amacıyla çoğunluk sınıflar üzerinde, projelerin özellikleri de değerlendirilerek sadeleştirme yapıldı. Genellikle, toplanan eğitim verileri, kusurlu olanlardan (azınlık) çok daha fazla sağlıklı sınıflar (çoğunluk) içerir. Bu dengesiz dağılım neticesinde makine öğrenme yöntemlerinin azınlık sınıflarını öğrenme performansları düşük olmaktadır. Veri kümesi dengesizliği giderilerek sınıflandırma performansının arttırılması amaçlanmıştır. Son olarak model oluşturma yaklaşımımızda Rastgele Orman sınıflandırma yöntemi olarak seçildi. Yaklaşımımız çeşitli açık kaynaklı Eclipse alt projelerinden toplanan verileri içeren beş farklı veri kümesini kullanarak değerlendirildi. Veri kümeleri, Eclipse alt projeleri olan Mylyn, Team, Jdt ve birçok küçük projeden oluşan Etc'dir. Ayrıca bu dört veri kümesinin birleşimi olan All veri kümesi vardır. Herbir veri kümesi 81 metrikten oluşmaktadır. Sonuçlar, yaklaşımımızın, kusur eğilimli sınıfları saptamak için öğrenme tabanlı modeller oluşturmada başarılı olduğunu gösteriyor. Önerilen yaklaşımlar, sistemdeki hataya eğilimli sınıfları %70'ine kadar bulabilmektedir. Bununla birlikte, hataya yatkın sınıfların belirlenmesinde hangi metriklerin etkili olduğu incelendi, bunların projelere göre farklılıklar göstediği görüldü. Bu sebeple farklı yazılım sistemleri için farklı modellerin oluşturulması gerektiği sonucuna varıldı, çünkü her proje kendi karakterine sahip olduğu görüldü.Mylyn projesinde, belirli bir görev üzerinde çalışan yazılım geliştiricinin, çalışırken çalışmasının kesilme sıklığını gösteren `NumInterruptions` metriğinin etkili olduğunu görüldü. Bu metriğin belirli bir değerin (

Yazılım projelerinin gün geçtikçe kullanımının artması ve sürekli değişime ihtiyaç duyması sebebiyle yazılımda kalite kavramı önemli hale gelmiştir. Yazılım kalitesinin analiz, tasarım, geliştirme ve test süreçlerinin her biri için değerlendirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Günümüzde yazılım projeleri için müşterilerin sürekli değişen istekleri, teknolojik gelişmeler ve yazılımdaki hataların giderilmesi şirketler için yüksek miktarda zaman ve kaynak maliyetine neden olmaktadır. Bu gereksinimleri karşılamak için şirketler farklı proje yönetim metodolojileri aracılığıyla yapılacak işleri alt parçalara bölerek sürekli olarak müşteriye proje hakkında bilgi vermeyi ve değişen müşteri isteklerine kolay adapte olarak maliyeti düşürmeyi amaçlamaktadır. Bu sebeple sürekli güncellenmesi gereken yazılımların bakım maliyetini düşürmek için kalite ölçüm metodolojileri yazılım dünyasında önem kazanmaktadır. Yazılım ürün kalitesini artırmak için yazılımın bakım kolaylığını ölçmek oldukça önemlidir. Bakım maliyeti azaltmak için yazılım geliştirme döngüsünde bir yazılım kalite modeli kullanılarak sistemin kalitesi sürekli olarak değerlendirilebilir ve geliştirilebilir. ISO / IEC 25010 Yazılım Kalite Modelleri Standardına [1] göre, yazılım ürün kalitesinin bakım kolaylığı özelliği beş alt karakteristikten oluşur; modülerlik, değiştirilebilirlik, yeniden kullanılabilirlik, analiz edilebilirlik ve test edilebilirlik. Bu çalışma, yazılım sistemlerinde bakım kolaylığını, yeniden kullanılabilirlik ve değiştirilebilirlik karakteristikleri bakımından değerlendirmek için bir kalite ölçüm modeli önermektedir. Model, boyut, karmaşıklık, uyum, bağımlılık ve kalıtım gibi yeniden kullanılabilirlik ve değiştirilebilirlik ile güçlü bir şekilde ilişkili yazılım özelliklerini içermektedir. Bu çalışmada, önerilen kalite modeli özellikle büyük ölçekli nesne yönelimli yazılım sistemlerinin bakım kolaylığını değerlendirmek amacıyla geliştirilmiştir. Yazılım geliştiriciler, projelerin farklı aşamalarında veya başka projelerde hangi sınıfların yeniden kullanılabileceğini bilmeye ihtiyaç duymaktadır. Benzer şekilde, projeye yeni özellikler eklemek, yazılım sınıflarını yeniden düzenlemek veya hata düzeltmek için sınıfların değiştirilme maliyetini bilmeleri gerekir. Hiyerarşik modelimizde yeniden kullanılabilirliği ve değiştirilebilirliği ölçmek için boyut, uyum, bağımlılık, karmaşıklık ve kalıtım gibi nesne yönelimli sistemlerin özellikleri kullanılmıştır. Her özelliğe uygun olarak yazılım kod metrikleri tanımlanmıştır. Metrikler, incelenmesi istenen programlardan kolaylıkla elde edilebilir. Metrik değerleri kullanılarak bir yazılımın bakım kolaylığını ölçülmesi ve sonuçlar doğrultusunda yazılımın iyileştirilebilmesi sağlanmaktadır.Modelimizde öncellikli olarak, test sistemindeki yazılım sınıflarının metrik değerlerini düşük, orta ve yüksek olarak sınıflandırılır. Bu sınıflandırma, referans yazılım sistemlerinden elde edilen metriklerin ortalama ve medyan değerlerine dayanılarak yapılır. Her metriğin karşılık geldiği özelliğin artması durumunda yazılımın negatif mi yoksa pozitif mi etkileneceğine karar verilir. Daha sonra, önerilen ölçüm yöntemi, sistemdeki her bir sınıfın yeniden kullanılabilirlik ve değiştirilebilirlik puanlarını hesaplamak için metriklerin seviyelerini kullanır. Toplam puanlama sonucunda yazılım sınıfları beş kategoriye ayrılır; Çok düşük, düşük, orta, yüksek ve çok yüksek. Yazılım geliştiricileri, düşük ve çok düşük puanları olan sınıfları inceleyebilir ve gerekirse bunları yeniden düzenleyebilir. Bu sürekli değerlendirme ve geliştirme sırasında yeniden yapılanma, sistemin kalitesini artırabilir ve bakım maliyetlerini azaltabilir. Modelimiz iki büyük ölçekli endüstriyel mobil uygulama üzerine uygulanmıştır ve sonuçlar yazılımı geliştirme ekipleriyle tartışılmıştır. Değerlendirmeler sırasında geliştirme ekiplerinin görüşlerini almak için modelde değerlendirilen her bir özelliğin birbiri ile karşılaştırıldığı bir anket hazırlanmıştır. Anket ve model sonuçlarının tutarlılığı istatistiksel olarak karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda yaklaşımımızın, yeniden kullanılabilirlik ve değiştirilebilirlik özellikleri hakkında sınıfları uygun olarak sınıflandırabildiği görülmüştür. Gelecek aşamalarda bakım maliyetinin azalmak için yazılımın farklı özellikleri incelenerek önerilen modelin geliştirilmesi planlanmaktadır. Because of the increasing use of software projects and the need to constantly change, the concept of quality in software has become important. Software quality needs to be evaluated for each of the analysis, design, development and testing processes. Today, constantly changing demands, technological developments and elimination of errors in software for software projects cause high cost and time and resources cost for companies. In order to meet these requirements, companies aim to divide the work to be done through different project management methodologies continuously to inform the customer about the project and reduce the cost as easy adapting to changing customer requests. It is expected that the software systems could be developed, modified, extended, and corrected in a short time without a degradation in its performance. Therefore, many researchers study on models for measuring the maintainability characteristic of the software product quality. The objective is to help developers in detecting modules that are not properly designed and need refactoring to decrease maintenance costs. For this reason, quality measurement methodologies are gaining importance in the software world in order to reduce the maintenance cost of software that needs to be constantly updated.The internal and external characteristics of the ISO 25010 standard are used by software developers and project managers to ensure that they have knowledge of the quality of the project. Usage quality criteria are used to define where customers and users can expect the project-related expectations. The characteristics within the scope of the standard include abstract meanings. In order to be able to interpret the quality expectations of both users and developers, the characteristics have to be expressed numerically. For this reason, various quality measurement models are created considering the quality standards. During the creation of quality models, the most suitable characteristics are selected for the content of the software. Subsequently, the required numerical values for measuring the characteristics are collected. The quality models created are of great importance in terms of the rate at which the expectations of technical persons, customers and users involved in the software development process can be met.Software maintainability is defined as the necessary effort for addition of new features to the software system and elimination of defects. Measuring software maintainability is of vital importance for improving software product quality. Using a software quality model in the development life cycle, the quality of the system can be continuously evaluated and improved to reduce the maintenance cost. According to ISO/IEC 25010 Software Quality Models Standard, the maintainability characteristic of software product quality is composed of five sub characteristics; modularity, modifiability, reusability, analyzability and testability In our proposed model, we consider reusability and modifiability characteristics, because they are main factors that affect the maintenance cost. Reusability is defined as the degree to which a software component can be used in more than one system or in implementing other software components. Modifiability is expressed as the degree to which a software system can be efficiently modified without introducing defects or degrading existing product quality [1]. This paper proposes a quality measurement model to evaluate the maintainability of software classes in terms of their reusability and modifiability characteristics in large-scale software systems. The model is based on software properties that are strongly related to reusability and modifiability, such as size, complexity, cohesion, coupling, and inheritance.Software developers need to know which classes can be reused at different stages of the systems or in other projects. Similarly, they need to know the cost of modifying classes for adding new features, refactoring or bug fixing. In our hierarchical model, to measure reusability and modifiability we use properties of object-oriented systems such as size, cohesion, coupling, complexity, and inheritance. We assigned software code metrics for each property. The metrics can be easily from programs obtained and using their values the maintainability of a system can be measured and enhanced.In our study, the proposed model first categorizes metric values of software classes in the test system as low, medium and high. This categorization is done based on the average and median values for these metrics that are obtained from reference software systems. Then, the proposed measurement method uses the levels of the metrics to calculate the reusability and modifiability scores of each class in the system. The scores fall in one of the five categories; very low, low, medium, high, and very high. The developers of the software system can examine classes with low and very low scores and then refactor them if necessary. This continuous evaluation and refactoring during the development can increase the quality of the system and reduce maintenance costs. During project-based evaluation, the project was interpreted according to sub-characteristics. At this stage it is aimed at project stakeholders to have an idea of the proportion of the project that meets the quality criteria. Customers can take advantage of the category values resulting from the model to evaluate the projects they want to buy. For example, a customer who wants to reuse a software in different projects may have an idea about the project by looking at the reusability category values of the project. Customers who want to purchase software projects that require frequent updates in a similar way can evaluate the project based on the category values of modifiability. Software project managers and developers can make assumptions by looking at the model's results during the calculation of the project's maintenance period. During class-based evaluation, the maintainability characteristic of each class of the project have been examined in terms of reusability and modifiability. It is intended that evaluation of the reusability characteristic leads to software developers on the reusability of all classes in software projects. It is also aimed to evaluate the modifiability characteristic and to guide the characteristics that should be improved during the change of a software class.We applied our model on two large-scale industrial mobile applications and discussed the results with the development teams of the systems. We saw that our approach could reasonably grade classes on their reusability and modifiability characteristics. Consequently, our model shows that object-oriented metrics can effectively be used as predictors to evaluate maintainability of software systems. Our model results provide different advantages in the software development phase. It generally helps to determine software class quality in terms of their maintainability level. Software developers can focus on software classes that have low quality. Moreover, the model gives information about reasons for their low or high quality levels, such as cohesion, coupling etc. Hence, developers can easily refactor classes to increase their quality level and significantly reduce the maintenance cost of the system.The most critical and difficult part of the software development phases is undoubtedly maintenance phase. The fact that software developers are adequately knowledgeable about quality software, develop their software in accordance with certain quality criteria as well as the maintenance process to be properly planned will be very useful in terms of the correct use of quality models. Because it is not possible to correctly interpret quality models for project stakeholders who have without adequate knowledge and experience in a maintenance process.In the future, it is planned to examine the modularity, analyticity and testability sub-characteristics of ISO / IEC 25010: 2011 for evaluating the ease of maintenance of the software. Thus, it is aimed to evaluate the software from different aspects for test-driven development, which is becoming popular nowadays. 85

Bilgisayar yazılımlarının insan hayatına her geçen gün daha çok girmesi sonucunda kaliteli yazılım geliştirmek ve bunun paralelinde yazılım kalitesini ölçebilmek önem kazanmaya başlamıştır.Yazılım projelerinde kalite kavramı projenin başından itibaren değerlendirilmesi gereken bir olgudur. Bununla birlikte yazılım kalitesi ölçülmesinin de proje başından itibaren belirlenen kalite özelliklerine uygun şekilde yapılmalıdır. Çalışmamızda ISO/IEC 25010:2011[28] kalite modeli temel alınarak projeye uygun kalite özelliklerinin proje başında seçilmesi ve buna uygun metrikler belirlenerek projenin başından itibaren kalite özelliklerinin nasıl değiştiğinin takip edilmesi ve ölçülebilir kalitesi olan bir ürünün müşteriye sunulması hedeflenmiştir. Yazılım sektöründe en temel sorunlardan biri müşteri gereksinimlerindeki değişikliktir. Bu sorunun çözümü olarak çevik yazılım geliştirme metotları ortaya çıkmıştır. Günümüzde Scrum, Unified Process, XP gibi çevik yazılım geliştirme metodolojileri yazılım firmalar tarafından kullanılmaktadır. Bu metodolojilerle, ürün gereksinimlerini bölmek, ürün tam olarak bitmeden önce müşteriden geri bildirim almak ve bu geri bildirimlerle değişen gereksinimlere ayak uydurabilmek ya da gereksinimlerin değişmesini asgari seviyede tutmak amaçlanır. Ancak müşterinin her zaman ne istediğini tam olarak anlatamamasından, yazılımcının alan bilgisi eksikliğinden dolayı yinelemeli olarak ilerleyen bir süreç sonunda bile gereksinim değişikliği talebi gelmektedir. Bu yüzden bakımı kolay yazılım geliştirmek yazılım firmalarının çalışan ve zaman maliyetini düşürmek için önem teşkil etmektedir. Çalışmada, amaçlanan tanı eksikliğine bağlı olarak yazılımda düzenlenecek bölümlerin belirlenmesinde, düzeltilmesinde ve test edilmesinde gereken çabanın bulunmasıdır. Bunun için bunların karşılığı olan ISO/IEC 25010:2011[28] kalite modelinde belirlenen bakım kolaylığı temel alınmıştır. Bu modelde, bakım kolaylığının ISO/IEC 25010:2011[28] kalite modelinde bulunan alt kriterlerinden Analiz edilebilirlik, Yeniden kullanılabilirlik, Test edilebilirlik ve Değiştirilebilirlik seçilmiştir. Yazılımda Analiz edilebilirlik, Yeniden kullanılabilirlik, Test edilebilirlik ve Değiştirilebilirliğin nasıl değiştiğinin takip edilebilmesi, proje yürütücüleri için projenin ilerleyişinin izlenebilmesi, geliştiriciler için ortaya çıkabilecek sorunların önceden tahmin edilmesi açısından önem taşımaktadır. Bu kapsamda yazılım kalitesini ölçmeye dayalı metrikler ve istatistiksel analizler kullanılarak yazılım sınıflarının kalitesine ait değerlendirmeler yapılmıştır.Değerlendirmeler neticesinde kalite özelliklerini karşılayan metrik kümeleri oluşturulmuştur. Metrik kümeleri oluşturulurken, yazılımın statik analizinden çıkan metrik kümelerini dışında, proje ekibinde çalışan kişilerin yazılım ile ilgili alan bilgileri ve tecrübelerini içeren metrikler eklenmiştir. Ayrıca her sürümde çıkan hata sayısı ve hataların çözülme süreleri de metrik kümelerine dahil edilmiştir.Veri kümeleri kullanılarak hazırlanan veri seti karar ağacı ve Naive Bayes yöntemlerine tabi tutulmuş ve ilerleyen sürümlerde alt kalite özellikleri temel alınarak bakım kolaylığının nasıl değişebileceğinin tahmin edilmesi sağlanmıştır.Çalışmanın sonucunda, projenin önceki sürümlerine ait sınıf bilgilerinin kullanılması ile projenin bakım kolaylığı alt özelliklerinin gelecek sürümlerinde nasıl değişeceğinin tahmin edilmesine yönelik başarılı sonuçlar alınmıştır. Sonuçlar yazılım ekibi ve yöneticileri ile de değerlendirildiğinde sonuçları başarılı olduğu gözlenmiştir. İlerleyen aşamalarda farklı veri madenciliği ve istatiksel yöntemler kullanılarak analiz yönteminin geliştirilmesi planlanmaktadır. Since computer software has earned a more prominent place in our lives day by day, it has become increasingly important to develop quality software, and correspondingly, to measure software quality. Even low-scale software cannot be developed by a single person, but rather by a software team. This fact complicates the design, development and management of the software systems. Software measurement studies are complemented by software engineering concepts, both of which aim to encourage the increase in software development efforts and quality improvement. There has been great interest in the measurement of software development processes in the last two decades; however, dealing with the measurement of software products also has equal importance.In software projects, it is a must to evaluate the concept of quality starting from the beginning of the project. Additionally, software quality measurement should be conducted according to the quality criteria, which are set at the beginning of the project. In this work, we aimed to set the applicable criteria for the project based on the quality model ISO/IEC 25010:2011[28] at the beginning of the project, to monitor changes in quality criteria as of the start of the project by specifying relevant metrics and to present a product of measurable quality to the customer. One of the basic problems in software sector is changing customer requirements. As a solution, agile software development methods have emerged. Today, software companies use agile software development methodologies such as Scrum, Unified Process and XP. By using these methodologies, it is aimed to divide all product requirements, to receive feedback from customers before completing the product and to respond to changing requirements through customer feedback or to minimize such changes. Even at the end of a recursive process due to inconveniences such as customers' inability to explain exactly what they want, and software specialist's lack of knowledge/expertise in his field, requirement changes are requested. Therefore, it is crucial to develop software that is easy to maintain to reduce employee and time costs in software companies. The purpose of this work is to determine how much effort will be required to detect the relevant parts needs editing in software due to lack of diagnosis and to perform necessary edition and testing. In order to do so, as the equivalent of these steps in ISO/IEC 25010:2011[28] quality model, maintainability is taken as the basis of this work. In this model, Analyzability, Reusability, Testability and Modifiability are selected from the sub criteria of maintainability in ISO/IEC 25010:2011[28] quality model. Monitoring how Analyzability, Reusability, Testability and Modifiability change in software is important for project coordinators to track the progress of the project and for developers to predict probable problems in advance. Within this scope, the quality of software classes is evaluated by using metrics and statistical analyses relating to software quality measurement.As the result of these evaluations, metric sets - corresponding to the quality criteria - are created. Apart from those concluded as the result of software statistical analyses, metrics including field knowledge and expertise of the project team members are also added while creating metric sets. Additionally, the number of errors occurring in each version and time spent to fix these errors are also included in metric sets. Following general analysis of the program, it was studied whether or not the Decision Tree method, which is one of the machine learning methods, would be compatible with quality properties (Maintainability, Flexibility and Reusability) specified for future versions. This dataset is trained with decision tree and Naive Bayes methods. By means of this training model, it is shown that changes in maintainability can be predicted by considering the sub quality criteria in following versions.In the decision tree learning, a tree structure is created to reflect class labels with tree leaves, and processes on properties with branches going to such leaves and coming out of the beginning. 4In our study we determined 2 criteria to classify quality properties (Maintainability, Reusability and Flexibility).Quality criteria; Good, Bad (Needs refactoring) According to the criteria specified, software developers were asked to define one of the classification criteria specified to individual quality properties of different versions of each class. This dataset is trained with decision tree and Naive Bayes methods.By means of this training model, it is shown that changes in maintainability can be predicted by considering the sub quality criteria in following versions. Basic concepts used in evaluation of success of the model are error rate, precision, recall and F-measure. Success of the model is related to quantity of number of examples assigned to correct class and number of examples assigned to wrong class. Success information of results obtained from the test can be reflected with a complexity matrix. In complexity matrix, lines reflect actual numbers of examples in test set while columns reflect estimation of the model. As the result of this work, we obtained successful results in predicting how the sub criteria of project maintainability may change in following versions by means of using class information pertaining to the previous versions of the project. The results are proved to be successful after being evaluated by software team and managers. The study carried out has enabled to determine that quality properties to be specified in projects by using data mining techniques can be predicted in future versions and such predictions match the actual world. It is targeted to produce higher quality products by addressing to quality models specified in the project at development stage of the project. In the forthcoming phases, it is being planned to develop analysis method by using different data mining and statistical methods.The conclusion of the study reveals that, estimates constructed on the model for the project studied are consistent with the results in the real world. During the flow of the study, it is intended to develop a computer vs aided software tool capable of automatically analyzing by means of different machine learning techniques, and scoring the quality attributes defined for the project. Hence, it is proposed to ensure that both the project coordinators can readily have inhand a full picture of the project, and also that the customer can track the current progress of the software. 87

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014, Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2014, Yazılımlardaki kopya veya belli bir ölçüte göre benzer yapılar yazılım klonları olarak adlandırılmaktadır. Bu tür klonların hızlı ve doğru biçimde belirlenebilmesi, yazılımların tasarımlarının anlaşılması ve iyileştirilmesi (tekrar eden yapıların kütüphanelerde toplanması, sık tekrarlanan tasarım hatlarının düzeltilmesi, lisans ihlallerinin belirlenmesi) konularında yarar sağlamaktadır. Bu tez çalışması kapsamında nesneye dayalı yazılımların tasarımlarındaki klonların belirlenebilmesi için özgün bir yöntem geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem üç temel aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada, nesneye dayalı yazılımların kodları analiz edilerek kodun soyut sözdizimi ağacı çıkartılmaktadır. Bu ağaç yardımıyla yazılımların üst düzey tasarımlarını temsil eden bir çizge modeli oluşturulmaktadır. Daha sonra, yöntemi hızlandırmak ve aynı yazılım içindeki klonları da bulabilmek amacıyla bir çizge bölmeleme algoritması kullanılarak yazılımın çizge modeli uygun alt çizgelere bölünmektedir. Bölmeleme işlemi sırasında, nesneye dayalı yazılımlar için oldukça önemli ve değiştirilmesi zor olan kalıtım türü ilişkilerin kaybolmaması için bu ilişki tiplerine yüksek ağırlık atanarak, bölmeleme işlemi ağırlıklı biçimde gerçekleştirilmektedir. Üçüncü aşamada ise elde edilen parçalardan bir çizgeler kümesi oluşturulup, bu küme üzerine “sık görünen eş yapılı alt çizge” bulma algoritması uygulanmaktadır. Son aşamada elde edilen sık görünen eş yapılı alt çizgeler, üzerinde çalışılan yazılım veya yazılımların tasarımlarında bulunan tasarım klonlarının modellerini ifade etmektedirler. Çalışma kapsamında açık kaynak kodlu ve endüstriyel yazılımlar üzerinde yapılan deneyler, geliştirilen yöntem ile aynı yazılımın içindeki veya farklı yazılımlar arasındaki tasarım klonlarının belirlenebildiğini göstermiştir. Belirlenen bu tasarım klonlarının, kopyalama sonucu oluşanlarında genellikle kaynak kodları değiştirildiğinden sadece kod karşılaştırması yapan yöntemler ile belirlenmeleri mümkün değildir., Many software projects contain a significant number of software clones, which are duplicated parts of source code or design models. Identifying these design structures can help designers to understand the high-level architecture of the object-oriented software, discovering reusability possibilities and detecting repeated design flaws that require refactoring. This work proposes a sub-graph mining-based approach for detecting identical design structures in object-oriented systems. The proposed approach contains three main steps. In the first step, the AST (abstract syntax tree) of the source code of the system is analyzed and the design level of abstraction is created. Based on this abstraction, we construct a software model graph, in which classes, interfaces and templates of software constitute the vertices, and the relations between them form the directed edges. According to the importance of the relation type, we assign weight values to the edges of the graph. In the next step, we apply a graph partitioning algorithm to divide the directed and weighted software model graph into small pieces. Finally, in the last step, a sub-graph mining algorithm is applied to discover identical design structures in the generated software model. By analyzing several open-source and industrial projects, we evaluated our approach and discussed the results. The results show that we can detect many design clones within a project or between different projects even if the source codes of the copied structures were changed., Doktora, PhD

Günümüzde donanım hata oranları ve geliştirme maliyetleri azalırken, yazılım geliştirme ve bakım maliyetleri giderek artmaktadır. Birçok yazılım projesi, zaman ve bütçe kısıtlarını aşarak başarısızlıkla sonuçlanmaktadır. Araştırmalara göre yazılım geliştirme maliyetinin büyük çoğunluğunu ise yazılım bakım faaliyetleri oluşturmaktadır. Pratikte, herhangi bir yazılım sistemi hakkında bilgi edinmek yazılım bakımındaki en önemli gereksinimdir. Ancak çoğu zaman, yazılım tasarım dokümanları, güncelliğini yitirmiş, kısmen ya da tamamen eksik durumdadır. Bununla beraber yazılımın zamanla evrilmesiyle mimari tasarımı da zamanla değişmekte ve başlangıçta bulunduğu şeklinden tamamen farklı bir hale dönüşebilmektedir. Tüm bunlar yazılım sistemi anlamayı daha da zor ve maliyetli bir iş haline getirmektedir. Bu nedenle, yazılım sistemlerini daha kolay ve daha hızlı anlamayı sağlayacak yöntem, algoritma ve otomatik sonuç üreten araçlara gereksinim duyulmaktadır.Yazılım geliştirme tecrübeleri, geride bıraktığımız yıllar içinde farklı geliştirme metodolojilerinin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Her metodoloji geçişinde daha büyük ve daha karmaşık yazılımlara çözüm aranmaya çalışılmıştır. Karmaşıklık zamanla artarken, yazılım tasarımında daha geniş tanecikli yapılar kullanılarak karmaşık daha iyi yönetilmeye çalışılmıştır. Bu nedenle prosedürel dillerdeki fonksiyonun yanına, nesneye dayalı sistemlerde sınıf, sınıfın yanına da bileşen ve servis kavramları getirilmiştir. Yazılım sistemin mimarisi, yazılımın büyük parçalı yapılarından meydana gelir, sistemin bileşenlerini ve üst seviyede bu bileşenlerin etkileşimini tanımlar. Yazılım modülleri, davranışlarına ve verilerine bir arayüz üzerinden kontrollü erişim sağlayarak gerçeklemelerini saklarlar.Yazılım mimarları ve geliştiriciler modüler, yeniden kullanılabilir yazılımlar üretmek için nesneye dayalı tasarım prensiplerine başvururlar. Bu nedenle nesneye dayalı sistemlerde modül adı verilen, belirli bir servise özel yazılım sınıf grupları ortaya çıkar. Bazı durumlarda yazılımın uygulama alanına göre, gerçek dünyada ilgili işler yapan nesneler grup oluşturduğu için, bunların yazılımdaki yansımaları da yazılım sınıf gruplarını oluşturabilir. Tasarım kalıplarının kullanılması programlama açısından, bu modüllerin daha esnek ve tekrar kullanılabilir olmasına yardımcı olur. Yazılımlardaki bu modülleri bulmak, yazılımı daha iyi anlaşılmasında, daha etkin bir şekilde yazılım mimarisini ortaya çıkarılmasında, servis adaylarının belirlenerek var olan sistemlerin servis odaklı mimariye geçirilmesinde ve bu servislerin bulut tabanlı platformlara ya da dağıtılmış sistemlere taşınmasında kritik önem taşımaktadır.Bu tez çalışmasında nesneye dayalı sistemlerdeki servisleri belirlemek için özgün bir otomatik modül bulma yaklaşımı (LBME) sunulmuştur. Bu yaklaşım, statik analizlerle çıkarılan yapısal bağımlılıkları kullanan ve nesneye dayalı tasarım mimarilerinde rastlanan tasarım kalıpları ile tasarım prensiplerinden faydalanan,xviiiöğrenmeye dayalı bir modül bulma yaklaşımdır. Önerilen yaklaşımda ilk olarak yazılım sistemi için düğümlerin sınıfları, ayrıtların ise sınıflar arası ilişkileri temsil ettiği ağırlıklı ve yönlü bir çizge oluşturulmaktadır. Ardından modülleri belirlemek için bu çizge üzerinde ağırlıklı kümeleme algoritmaları uygulanmaktadır. Kullanılan kümeleme algoritmaları nesneye dayalı sistemlerin çizge karakteristikleri göz önünde bulundurularak seçilmiştir. Çizge üzerindeki ayrıtların ağırlığı, ayrıtların modül içinde ya da modül dışında olma olasılıklarına göre belirlenmektedir. Bu konumsal olasılıkları mümkün olduğu kadar doğru şekilde belirmek için makine öğrenmesi tabanlı sınıflandırma sistemi kullanılmıştır ve bu sistem gerçek dünyadan nesneye dayalı referans bir sistem ile eğitilmiştir.Bu bağlamda yazılımın analizinin yapılabildiği, otomatik modül bulma aracı geliştirilmiş ve sunulan özgün yaklaşım, çeşitli açık kaynaklı ve endüstriyel projeler üzerinde değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlar göstermiştir ki, sunulan yeni yaklaşım nesneye dayalı sistemler için gerçeğe çok yakın sonuçlar üretmekte ve literatürde bulunan mevcut metotlardan daha iyi başarım göstermektedir. Studies show that up to 75 percent of the total development cost is spent on maintenance activities through the full software development lifecycle. In practice, acquiring knowledge about a software system is the most crucial need in software maintenance. In most cases, documentation of software design is outdated, incomplete or absent, which make software systems difficult to understand. Therefore, automated tools and support of algorithms are required to understand software systems more quickly and easily.Developers apply object-oriented (OO) design principles to produce modular, reusable software. Therefore, service-specific groups of related software classes called modules arise in OO systems. Extracting the modules is critical for better software comprehension, efficient architecture recovery, determination of service candidates to migrate legacy software to service-oriented architecture, and transportation of such services to distributed systems or cloud-based platforms. Correctly identifying software modules is also important for software evolution processes because with the increasing popularity of distributed systems and cloud computing, service-oriented architecture (SOA) and migration to SOA have received further stimulus. Developers attempt to identify modules in a software system to transform the underlying services into standard, independent and distributed services. Distributing these services by transporting them into cloud-based service-oriented platforms properly can improve the performance, reliability and security of the programs. In addition, service modules are reusable parts of the system that can be collected in libraries to use in future projects. Identifying software services automatically saves time and makes easier to ensure all these mentioned benefits to the software developers.In this study, we propose a learning-based module extraction method for object-oriented (OO) systems (LBME) that considers the modular structure of the OO software. Studies on modularization in the literature generally represent an OO software system as a dependency matrix or a dependency graph comprised of classes and their relations. Clustering algorithms have been widely applied on the software graphs for automated architecture recovery. Modularization methods try to define and optimize a modularity objective function by some criteria. These criteria are based on the assumption that modules should be highly cohesive and loosely coupled; therefore, the density of the intra-module (internal) edges should be high, and inter-module (external) edge density should be low.Our module extraction approach does not depend only on the density of the edges, besides we also consider the characteristics of the classes and the attributes of the relations represented by the edges to discover the modules. The characteristics of the classes and their relations are determined by the OO principles that are applied during the design. The architects and developers aim to develop reusable and flexible components to create maintainable, high-quality software systems. Hence, they follow or `at least try to` follow OO design principles and design patterns. We believe that such concerns strongly affect the modularity of an OO system. For example, Facade classes usually take place on the boundary of a module and they have low cohesion, low complexity, and high coupling. On the other hand, classes inside a module (inner classes) implement the functionality of the module (service) and therefore they can have more complex structures and high level of coupling to libraries. If such inner classes of the modules were written properly, they should be highly cohesive.Clustering algorithms group some `strongly-connected` nodes in the graph and cut some `weak` edges to form the modules. To improve the accuracy of our algorithm we assign weights to the edges according their probability being internal or external respect to the modules in the system. To determine the weights properly we use two machine learning-based classifiers in the form of decision trees. Using the first decision tree we estimate the probability of the positions (internal/external) of the edges according to the attributes of the relations they represent, such as inheritance, message call, association, aggregation, uses, etc. Considering only the properties of the relations is not sufficient to determine the correct position of an edge. Therefore, using the second decision tree we also classify the source and destination nodes of the edges as `inner class` (in a module) or `border class` (at the border of a module) according to their types such as abstract, interface and metrics such as complexity cohesion, and coupling. Then we combine the results of these two classifiers and determine the probability of the position (internal/external) of the edge more accurately. At the last step, high weight values are assigned to the edges with a high probability of being internal and low weight values are assigned to edges that are more likely external. We train our classifiers with data that are gathered from a real-world software system that is examined in advance.The reference software system has been developed in a modular structure considering OO principles and patterns. The train data contains the attributes of selected classes and edges, and their real positions in the reference project. After the train phase, the classifiers `learn` the properties of the modular OO design, so that they can classify the positions of new nodes and edges correctly depending on their characteristics. To the best of our knowledge, there has been no mature study reported using OO design features for module extraction.After the learning phase the proposed module extraction method that contains three main steps is ready to use. In the first step, we build the complete graph model of the software architecture by extracting the software entities (i.e., classes and interfaces) and their relations (i.e., extend and method call) directly from the Abstract Syntax Tree (AST) of the software project. We represent the architecture of the system as a simple directed and labeled graph. In the second step, we assign weight values to the edges depending on the probabilities of the edges being in a module or between different modules. Here, we use decision tree-based classifiers that were trained with the reference project to determine the positions of edges in the graph. Finally, for finding modules in these weighted and directed graphs we apply the agglomerative hierarchical clustering algorithm Fast Community that suits the properties of OO systems as we have shown in a preliminary study.We implemented an automatic module extraction tool and evaluated the proposed approach on several open source and industrial projects. We evaluated our approach on different industrial OO software systems by working closely with the development team of the projects and on many popular open-source projects. We compared automatically extracted modules by our method, with the modules identified by the developers of the projects or by software experts. We observe that the modules are realistically (close to real modules) extracted. Experimental results show that the proposed approach is highly accurate in modular service extraction for OO systems and outperforms existing methods. The results also show that the proposed method outperforms previously published approaches in the terms of stability, and non-extremity of the module size distribution. 154

Mobil teknolojilerin gelişmesiyle ve iletişim ihtiyaçlarının artmasıyla birlikte taşınabilir cihazların kullanımında büyük artış oldu. Taşınabilir cihazların iletişim ihtiyaçlarının karşılanması için doğal olarak telsiz iletişim teknolojilerinin kullanımı yaygınlaştı. Hali hazırda telsiz iletişimi için kullanılan radyo frekansları belirli kurumlara veya belirli işlere rezerve edilmiş durumdadır. Telsiz iletişim teknolojileri yaygınlaşmadan önce birçok frekans aralığının ataması çoktan yapılmıştır. Dolayısıyla gelişen teknolojiler için yeteri kadar frekans aralığı kalmamıştır ve ataması yapılan frekanslar ise verimli bir şekilde kullanılamamaktadır.Yeni kullanım için frekans aralığının olmaması, atanan frekansların verimli bir şekilde kullanılmaması kavramsal radyo kavramının doğmamasına sebep olmuştur. Kavramsal radyolar çalıştıkları frekansı değiştirerek radyo kanallarını dinamik olarak kullanma yeteneğine sahiptirler. Yalnız kanalları kullanırken kanalların sahibi lisanslı kullanıcılara verdikleri zararı belirli bir seviyede tutmaları gerekmektedir. Buna göre kavramsal radyolar kanal boş olduğu sürece o kanalı kullanabilirler, kanalın lisanslı sahibi geldiğinde kullanmak için başka boş bir kanala geçerler. Kanalın lisanslı kullanıcılarına birincil kullanıcı, lisansız olarak kanal boşken kullanan kullanıcılara ise ikincil kullanıcı denir.Kavramsal radyolar normal radyoların kullanıldığı bütün alanlarda kullanılabilirler. Bunlardan bir tanesi de tasarsız ağlardır. Geleneksel tasarsız ağlarda tüme gönderim yöntemi hakkında hali hazırda birçok çalışma bulunmaktadır. Kavramsal radyoların geleneksel radyolara göre çeşitli zorlukları olduğundan tümegönderim yöntemi de geleneksel tasarsız ağlardan farklı olmalıdır. Kavramsal radyoların birbirleriyle haberleşmeleri için boş bir kanal bulmaları ve bu kanalda buluşmaları gerekmektedir. Ayrıca birincil kullanıcılar kavramsal radyoların iletişimine zarar vermektedirler. Bu tür zorluklardan dolayı tümegönderilen mesajın bütün düğümlere ulaşma başarısı düşmektedir. Tümegönderim işleminin birincil önceliği bütün düğümlere iletilmesi istenen mesajın ulaştırılmasıdır. Bundan dolayı çalışmamızda öncelikle bütün düğümlere ulaşmayı hedefledik. Bu hedefin yanında yaratılan tümegönderim maliyetinin düşürülmesi, bütün düğümlere yayılma zamanının azaltılması hedeflendi.Kavramsal radyo tasarsız ağlarında tümegönderim işlemi hakkında literatürde iki tane çalışma vardır. Çalışmalarda düğümler birbirlerine bir kanal setinden bağlıdır ve ortak bir kontrol kanalı bulunmamaktadır. Çalışmaların ilkinde bir düğüm, tümegönderim mesajını komşularına erişebildiği en düşük kanal seti üzerinden komşularına göndermektedir. Birkaç kanal üzerinden gönderim yapıldığından maliyet ve mesajın yayılma süresi artmaktadır. Ayrıca kanal değiştirme süresi, birincil kullanıcıların iletimlere zarar vermesi hesaba katılmamıştır. İletilmek istenen mesajın bütün düğümlere ulaşıp ulaşmadığı incelenmemiştir. Yapılan diğer çalışmada tümegönderim mesajının en kısa sürede ağa yayılması incelenmiştir. Bu çalışmada düğümlerin kullanabileceği bir algoritma önerilmemiştir; çünkü algoritmanın çalışabilmesi için her düğümün topolojiyi ve diğer düğümlerin hangi gönderimleri yaptıklarını bilmeleri gerekir. Önerilen ilk yöntemdeki problemler bu çalışmada da devam etmektedir.Çalışmamızda önerilen yöntemin uygulanabilmesi için her bir düğümde iki radyo modülü bulunmalıdır. Radyolardan bir tanesi kontrol kanalına atanmalı, diğer radyo modülü ise veri iletişimine ayrılmalıdır. Önerilen yöntem hem kontrol kanalını hem de veri kanalını kullanmaktadır. Yukarıda belirttiğimiz tümegönderim amaçlarına ulaşmak için dört farklı özellik içeren bir yöntem önerdik. Bu özelliklerden ilki gönderim yapmak isteyen düğümün komşularını kontrol kanalı üzerinden boş bir kanala çağırmasıdır. Kanal değiştirme işlemi yapıldıktan sonra düğüm mesajı veri kanalından iletir. İkinci olarak sayaç tabanlı tümegönderim yönteminden yararlanılmıştır. Eğer bir düğüm bir mesajı ne kadar çok kere almışsa, o mesajı iletmesiyle yeni kapsayacağı düğüm sayısı o kadar azdır. Bu bilgiden yola çıkarak bir düğümün ileteceği mesaja sahip olan komşularının sayısı, önceden belirlenen eşik değerin üzerinde ise o mesajı düğüm iletmez. Bu mesaj yerine iletme maliyeti çok daha düşük bir kontrol paketi ile komşularını mesaja sahip olduğu hakkında bilgilendirir. Kullanılan bir diğer yöntem ise tümegönderilen mesajı alamayan ve mesajdan haberdar düğümün alamadığı mesajı komşusundan istemesidir. Bir düğüm tümegönderim mesajını almak üzere kanal değiştirip mesajı almayı beklerken çakışmalardan dolayı mesajı alamayabilir veya komşusundan mesajın varlığına dair bir kontrol mesajı almış olabilir. Düğüm öncelikle mesajın diğer komşularından gelmesini belirli bir süre bekler. Eğer mesajı bu süre içinde alamazsa mesaja sahip olduğunu bildiği bir komşusundan mesajı ister. Kullanılan son yöntem ise birincil kullanıcı farkındalığıdır. Boş kanallardan bazıları diğerlerine göre daha iyidir. Birincil kullanıcıların istatistiksel bilgilerinin kullanılmasıyla daha iyi kanalları seçebilmektedir. Böylelikle birincil kullanıcıların iletişime zarar verme ihtimalleri düşürülmektedir.Yukarıda önerdiğimiz yöntemi simülasyon ortamında test ettik. Simülasyon sonuçları hedeflediğimiz gibi düğümlere ulaşmada %100'e çok yakın başarı sağlandığını gösterdi. Düğümlerin hepsine ulaşmanın yanında maliyette azalma, mesajım ağa yayılma süresinde azalma sağlandı. Rapid development in wireless technologies and demand on being mobile makes big progress in wireless devices. These mobile devices naturally use wireless communication technologies and need empty spectrums to communicate. In current spectrum management design, spectrums are licensed for a specified job or to a specific organization. There are not sufficient spectrum bands for new communication needs. In addition, the assigned spectrums are not utilized most of time. As a result, there is spectrum scarcity problem in wireless world while some of spectrums are underutilized. Cognitive radio (CR) is the most promising technology to overcome these problems. Because of this spectrum scarcity, cognitive radio ad hoc networks (CRAHNs) will take place of conventional ad hoc networks.Cognitive radios can change their transmitter parameters automatically and utilize idle channels dynamically. While unlicensed users (secondary users) are using licensed channels, secondary users should keep damage to licensed users (primary users (PUs)) under a predefined threshold level. According to these, cognitive radio must sense idle channels, can change its transmitter parameters and must sense any collisions between PUs.Broadcasting which means distributing a message from one source node to all nodes in the network is a fundamental operation for ad hoc networks. For example, dissemination of control messages is necessary for path establishment in most ad hoc routing protocols. However, broadcasting is not limited with control messages; broadcasting of alarm signals, code update messages, sensor messages, updating and initializing topology messages are extra necessities. Broadcasting of alarm signals are frequently used in vehicular ad hoc networks. Furthermore, in a disaster or military area, there will be many messages must be broadcasted that may contain large files as pictures, maps or list of something like people or tools. Broadcasting can be also an option when the multicasting is not supported in a network.Broadcasting in CRAHNs has extra challenges than conventional ad hoc networks. As CRs change their transmission channel to occupy idle spaces in the spectrums, rendezvousing of CRs in the same channel must be ensured to broadcast a message in CRAHNs. Furthermore, primary user activities can damage transmission between CRs, which prevent dissemination of broadcast messages in the network and decreases reachability of message. In our study, we offer an algorithm for broadcasting in CRAHNs that maximizes reachability of message, reduces redundancy and propagation delay.In most of CRAHNs, there is a control channel (CC), which can be considered to disseminate messages. However, dissemination of all broadcast messages over the common control channel (CCC) will cause congestion in this channel. Such a bottleneck in the CC cannot be tolerated as it will block all communication, because control messages for connection establishment and spectrum management are all transmitted over that channel.To the best of our knowledge in the literature, there are two studies on broadcasting at cognitive radio ad hoc networks. In the proposed systems two neighbor nodes are connected over a channel subset of all channel set. A node selects a group of channels that access all its neighbors in order to send the broadcast message. Sending message from several channels increases dramatically the cost and the time of dissemination of the broadcast message in the all network. The proposed systems have also no CC, although most of CRAHNs have. The studies do not consider the cost of gathering several nodes in the same channel without CC. In addition, the time cost of channel changing is not taken into account. PUs? affects are also ignored, reachability of the broadcast message is not mentioned.In our system, a cognitive node has two radio modules. One radio module is dedicated to control channel and the other one is used for data transmission. We can divide our proposed algorithm into four main properties. Firstly, a node that has a broadcast message must gather its neighbors in the same channel by sending a control packet which is sent over control channel. Secondly, the algorithm uses a counter based mechanism to avoid transmission of unnecessary broadcasting messages. When a node?s most of neighbors already have the broadcast message, the number of new covered nodes by its rebroadcast reduces. So that when a node is informed that its most of neighbors have the message, it only sends a tiny control message over control channel to inform its neighbors that it has the message. Thirdly, algorithm gives the opportunity to nodes to request an expected broadcast message if this message is lost. The last property is primary user awareness. CRs can select better channel according to PUs statistical information. This increases successful transmission rate.The proposed algorithm will be explained briefly in this paragraph. When a source node has a broadcast message with the identifier of MSGid (BroadCasMsg(MSGid)) that must be disseminated throughout the network; it calls its neighbors to a proper licensed data channel (Chi) that is used by PUs rarely. It sends the control message CallToChannel(Chi,MSGid) over the CC and changes its channel to Chi. Then the broadcast message is transmitted over the selected channel. A received node of the broadcast message waits until random access delay passes instead of retransmitting the broadcast message immediately. When a relay node is notified for the first time about existence of a broadcast message (MSGid) by a neighbor, it assigns a counter to this broadcast message (counter(MSGid)) and increments this counter each time when it receives other notifications about the same message. If the value of the counter(MSGid) does not exceed a predefined threshold (T) value at the end of random access delay, the relay node calls its neighbors to a proper licensed data by sending the control message CallToChannel(Ch,MSGid) over the CC. If the threshold value of the counter is exceeded, the node does not retransmit the message to avoid redundant transfers, instead it only informs its neighbors that it has the broadcast message by sending the control message HaveMsg(MSGid) over the CC. When a node does not receive the broadcast message after it has been informed by CallToChannel or HaveMsg packets, it requests this broadcast message by sending the control message ReqForMsg(MSGid) to the node which informed it lastly.To evaluate the performance of the proposed scheme, simulation scenarios in different topologies under different PU activities are performed. The result shows that the mechanisms included in the proposed protocol increase the reachability of the messages up to 100%, reduce the overhead in the network and the dissemination time. 63

Veri haberlesmesinde güvenlik konusu günümüzde üzerine en çok arastırma yapılankonulardan biri haline gelmistir. Bugün bilgisayar aglarında kullanılan temel iletisimprotokolü IP protokolüdür ve IPSec, ag katmanında IP protokolü için tasarlanmısstandart güvenlik mimarisidir. Artan güvenlik gereksinimleri ve IPv6 ile beraber IPSec'in kullanımı dünya genelinde daha da artacagı düsünülmektedir. IPSec' in artankullanımı sonucunda IPSec güvenlik geçitlerinin basarımları konusunda bugün içindüsünülmeyen yeni problemler ve arastırma konuları ortaya çıkacaktır. IPSec güvenlikpolitika veritabanlarının, kullanıcı sayısı ile orantılı olarak büyümesi, güvenlik politikaveritabanlarında paketlerin eslesmesini zorlastırarak, IPSec basarımında ciddi bir darbogaz olusturacaktır. Bu konuda çesitli çözümler düsünülse bile günümüz agcihazlarının statik ve degisime kapalı tasarımları çözümlerin gerçeklestirilmesinizorlastırmaktadır. Ag cihazlarının mimarilerinin donanım tabanlı olması bununolmasının en büyük sebebidir. Ancak gelisen teknoloji sayesinde bugün islemci hızlarıçok yüksek mertebelere ulasmıs ve bu gibi sistemlerin yazılım tabanlı olarak da yüksekbasarım göstermesine imkan vermistir. Bu tez çalısması kapsamında öncelikle yüksekbasarımlı ve yazılım tabanlı IPSec' yapan bir güvenlik geçidi tasarlanıp gerçeklenmistir.Tasarım nesneye dayalı bir biçimde, modülerlik ve esneklik ön planda tutularakyapılmıstır. Gerçeklenen modüler ve esnek yapı sayesinde yeni fikirlerin kısa süredegerçeklenip sonuçlarının alınabilecegi örnekler ile gösterilmistir. IPSec' protokolündegüvenlik politikası veritabanının boyutlarının büyümesinin cihaz basarımına etkileritest sonuçları gösterilmis. Bu problem için çesitli çözümler önerilmis ve sonuçları ortayakonmustur. Bu çalısma sonucunda karar tablosunun boyutundan çok az etkilenenyüksek basarımlı ve yazılım tabanlı modüler bir güvenlik geçidi gerçeklenmistir.Normal bir PC donanımı üzerinde yapılan testler sonucunda 16.000 kural sayısında bileyaklasık 700.000 pbs gibi çok yüksek bir basarım elde edilmistir.Anahtar Kelimeler: IP, IPSec, Sanal Özel Ag, Kriptoloji, ESP, Click, ModülerYönlendirici,Yazılım Kalıpları, Güvenlik Geçidi,Nesneye Dayalı Tasarım Modelleme Nowadays, security has become one of the most interesting research issues in datacommunication, especially in computer networks where resource and time sharing isvery common. There exist many standard systems designed for protection of data andpreventing attacks. Today IP is the most popular protocol of the computer networks.Because security is not inherently built into the protocols of IP, securing IP traffic haslargely been a chore for the higher layers. IPSec provides the major security services.After its proven success in IPv4 and by making IPSec a mandatory part of IPv6, it isexpected that IPSec will be much more widely used. The bandwidth requirement andnumber of nodes in network is growing exponentially, these will bring up new problemsand research issues. With increasing number of rules in the security policy databases,packet classification will be one of the significant performance bottlenecks for IPSecsecurity gateways. Even there exist some suggestions; because of closed, static, andinflexible designs applying them is very difficult and mostly impossible especially forhardware based network processors. In this thesis, we designed a high performance, itsobject oriented software based IPSec security gateway. The most significant features ofour design are its modularity, extensibility and flexibility. It is shown that, new ideas canbe integrated easily with these features. Also in this study, a new scheme for IPSec policysearch presented and its performance measured. Designed software runs in the Linuxkernel and for a size of 16,000-rules security policy database, its maximum IPSecforwarding rate is 700,000 packets per second on a conventional PC hardware.Keywords: IPSec, VPN, Cryptology, Click, Modular Router, Software Patterns, OOA/D 101

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2005, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2005, Tasarsız ağların en büyük problemlerinden biri hareketliliğin yönlendirme üzerindeki olumsuz etkisidir. Düğümlerin hareketli olması, kurulan yolların sık sık bozulup tekrar kurulmasına, dolayısıyla gecikmelere ve paketlerin düşmesine neden olmaktadır. Bu çalışmada tasarsız ağlarda yer alan sabit düğümleri de göz önüne alarak yönlendirmeyi bu düğümler üzerinden yapmaya çalışan yeni bir yönlendirme tekniği önerilmektedir. Bu teknik tasarsız ağlarda sıkça kullanılan AODV ve DSR protokollerine uygulanarak M-AODV ve M-DSR protokolleri gerçeklenmiştir. Orijinal protokoller ve önerilen protokoller NS 2 simülasyon aracıyla simüle edilerek performansları karşılaştırılmıştır. Sonuçlar önerilen protokollerin daha yüksek paket iletim oranına ve daha düşük uçtan uca gecikmeye sahip olduğunu, hareketlilikten daha az etkilendiğini ve yolların daha düşük olasılıkla bozulduğunu göstermektedir., One of the major challenges of ad hoc networks is the negative effect of mobility on routing. Because of node mobility paths are broken and have to be rebuilt resulting in delays and packet drops. In this paper, we propose a routing technique which benefits that some nodes are fixed in the network. We applied the technique to AODV and DSR which are the two most commonly used ad hoc network protocols. Simulations are performed with ns-2 to compare the performance of the original AODV and DSR with the proposed protocols, M-AODV and M-DSR. The results show that the proposed protocols have higher packet delivery ratio, lower end-to-end delays and the paths are less probably broken., Yüksek Lisans, M.Sc.